Können helle LEDs Augenschäden verursachen, selbst wenn sie mit PWM gedimmt sind?

Ich habe eine extrem helle LED, die so hell ist, dass ich sie bei voller Helligkeit nicht sehen möchte. Ich dimme es mit PWM (Pulsweitenmodulation) auf 1/256 seiner ursprünglichen Helligkeit. Bei einem Arbeitszyklus von 1/256 erscheint die LED einigermaßen dunkel. (Immer noch gut sichtbar, aber nicht blendend hell.)

Meine Frage lautet: Da die LED 1/256 der Zeit tatsächlich superhelle Impulse aussendet, können diese hellen Impulse das Auge mehr verletzen als eine hypothetische LED, die ständig leuchtet und 1/256 so hell ist?

Ich verwende den LED-Treiber TLC5947. Wenn meine Berechnungen korrekt sind, beträgt die Frequenz der PWM ungefähr 1 kHz. (Der interne Takt des Chips beträgt 4 MHz, und ein PWM-Zyklus ist 4096 interne Taktzyklen lang.)

Die LED, die ich treibe, ist dieses RGB 7-Segment-Display . Die Helligkeit jedes Segments beträgt 244 mcd für Rot, 552 mcd für Grün und 100 mcd für Blau. Wenn also alle 7 Segmente beleuchtet sind, wäre es das 7-fache.

Es ist in gewissen Grenzen zulässig. Der beste Ort, um nachzuschauen, sind wahrscheinlich die zugehörigen IEC-Normen (IEC 60285 Lasersicherheit und IEC 62471 Lampensicherheit), die allgemein als Best Practice international anerkannt sind. Leider kann ich hier keine Auszüge davon posten, da sie urheberrechtlich geschützt sind.

Die Auswahl des anzuwendenden Standards hängt davon ab, wie die LED verwendet wird. OSRAM verfügt über eine sehr umfassende Appnote, in der beschrieben wird, wie diese Standards für Infrarot-LEDs gelten und wie die zulässige Exposition berechnet wird.

Ihr spezieller Fall konzentriert sich auf gepulstes Licht. Im Allgemeinen wird PWM-Licht gegen seinen gemittelten Wert gewichtet, solange die einzelnen Impulse eine Bestrahlungsstärkegrenze nicht überschreiten (angegeben durch ein Diagramm im Standard der Impulslänge gegenüber der Bestrahlungsstärke). Dies alles wird in der OSRAM-Appnote beschrieben. Da Sie sich jedoch im sichtbaren Bereich befinden, müssen Sie auf die Quellstandards zurückgreifen, um die besonderen Grenzwerte für Ihre Wellenlängen zu ermitteln.

Bearbeiten: Es wurde eine weitere Appnote gefunden, die für Sie nützlich sein kann. OSRAM hat eine Appnote zu 62471 als Ganzes, nicht nur zu IR .

Der beste Ort, um nachzuschauen, ist natürlich der Standard selbst , aber er kostet ungefähr 250 US-Dollar. Wenn dies ein Produkt ist, das Sie entwerfen, ist es das wahrscheinlich wert, aber wenn dies nur ein Hobbyprojekt ist, würde ich Informationen basierend auf Appnoten bereinigen.

Erstens ein Haftungsausschluss: Ich bin kein Mediziner und habe auch keine Fachkenntnisse auf dem Gebiet der Augenheilkunde. Ich werde versuchen, mein Verständnis der Fehlermechanismen in empfindlichen Sensorsystemen und einigen externen Quellen zu nutzen, um eine fundierte Vermutung zu wagen:

Nach dieser Zusammenfassung aus einer Zeitschrift für Augenheilkunde können Mechanismen der Schädigung des Auges in photothermisch, photomechanisch und photochemisch eingeteilt werden. Für jeden Mechanismus sollten wir uns fragen, welche Zeitkonstanten relevant sind, um zu verstehen, ob das Risiko für Augenschäden mit der Spitzenhelligkeit (Ein) oder der Helligkeit, wie Sie sie sehen, korreliert, gemittelt über z. B. einen PWM-Zyklus.

Photothermisch - Dies tritt auf, wenn die Temperatur der Netzhaut durch einfallende elektromagnetische Energie erhöht wird. Die thermische Zeitkonstante der Retena liegt wahrscheinlich in der Größenordnung von Sekunden (meine Vermutung basiert auf dem Maßstab und der Wärmeleitfähigkeit des biologischen Gewebes), so dass eine durchschnittliche und keine Spitzenstrahlung mit einer Schädigung korrelieren würde. In jedem Fall wird bei Exposition gegenüber sehr hohen Bestrahlungsstärken (z. B. Lasern) eine photothermische Schädigung beobachtet, die selbst bei der hellsten inkohärenten LED kein wahrscheinliches Risiko darstellt.

Photomechanisch - Dies tritt auf, wenn Druck- oder Zugkräfte, die durch einfallende Energie erzeugt werden, empfindliche optische Strukturen mechanisch beschädigen. Wenn diese Art von Spannungen in einem sehr kleinen mechanischen Maßstab auftreten können, besteht möglicherweise die Sorge, dass die relevante Zeitkonstante unter der PWM-Periode Ihrer LED liegt. Sie können sich jedoch wahrscheinlich leicht ausruhen, da der Artikel diesen Schadensmechanismus mit einer Bestrahlungsstärke im Bereich von Terrawatt pro cm ^ 2 in Verbindung bringt.

Photochemisch - Dies ist die häufigste Art von Netzhautschäden, die beispielsweise mit dem Blick in die Sonne verbunden sind. Der chemische Mechanismus ist letztendlich oxidativ - Elektronen in Chromophoren werden durch einfallende Lichtenergie angeregt und können gelegentlich freie Radikale erzeugen, die eine Vielzahl empfindlicher Gewebe schädigen. In einem anderen zusammenfassenden Artikel hier liefert eine Diskussion der Retinopathie, die durch Betrachten eines Mikroskops oder eines Ophthalmoskops mit einer Bestrahlungsstärke von ~ 1 W / cm 2 verursacht wird, einige relevante Zahlen und Referenzen. Auf dieser Stufe wird der Schaden auf Zeitskalen in Minuten bis Stunden angezeigt. Für mich deutet dies darauf hin, dass die relevanten biochemischen Prozesse viel langsamer sind als ein PWM-Zyklus.

Betrachten Sie als letzte Gedankenübung, dass viele Menschen routinemäßig wahrscheinlich Hunderte von Millisekunden lang in die Sonne blicken, ohne an einer solaren Retinopathie zu leiden. Nur wenn Menschen dem biologischen Impuls widerstehen, wegzuschauen und ihren Blick für Sekunden oder länger zu halten (weil sie beispielsweise eine Sonnenfinsternis untersuchen), tritt Schaden auf.

Nein. Eine 500-mcd-LED mit einem typischen Betrachtungswinkel von 120 ° beträgt etwa 1 Lumen.
Also maximal 7 Lumen.

Es besteht keine Chance, dass 550mcd x 7 die Augen schädigen.

1 Lumen 523 nm Grün = 2 mW / m²sr Bestrahlungsstärke oder 14 mW für alle 7 Segmente

Wenn Sie sich die Tabelle auf Seite 2 im OSRAM-PDF ansehen, beträgt der Mindestwert 100 Watt. Das ist 7143-mal mehr als Ihre 14mW.

Auf Seite 9 des PDF heißt es (unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Hochleistungs-LEDs Hunderte von Lumen aufweisen):

Eine grundlegende Beurteilung der High-Power - LEDs derzeit
von OSRAM Opto Semiconductors in Übereinstimmung mit dem IEC 62471 - Standard zeigt , dass einzelne LEDs , wie sie derzeit in den Farben grün, gelb, orange, rot und hyperrot fällt in Risikogruppe immer 0

Es Daher ist derzeit keine individuelle, designspezifische Sicherheitsbewertung von LEDs in diesem Bereich des Spektrums (510 nm ≤ Wellenlänge ≤ 660 nm) auf der Grundlage der vorhandenen Halbleitertechnologie erforderlich.

Ich arbeite mit LED-Streifen, die 100-1000 Lumen ausgeben. Die einzige Gefahr besteht darin, mit Flecken in meiner Sicht herumzulaufen.

Es gibt tatsächlich viel Forschung darüber. Erstens ist die Wellenlänge genauso wichtig wie die Luminanz. Blaues Licht ist möglicherweise sehr schädlich für das Auge, während rotes Licht überhaupt nicht besonders gefährlich ist. Weißes Licht enthält den größten Teil des sichtbaren Spektrums, daher sollte es aus Sicherheitsgründen wie blaues Licht behandelt werden. Von dort aus müssen Sie die in Candela oder Millicandellas gemessene Lichtstärke und die in Candela pro Quadratmeter gemessene Luminanz kennen. Es ist ein wirklich kniffliges Thema und es ist schwierig, gute Informationen zu finden. Die Realität ist jedoch, dass es viel brauchtdas Auge durch sichtbares Licht zu schädigen. Die Sonne hat eine Leuchtdichte von etwa 10 ^ 9cd / m ^ 2, was in weniger als einer Sekunde zu Netzhautschäden führen kann, und der Blitz eines Lichtbogenschweißgeräts ist mindestens eine Größenordnung niedriger, wobei Schäden in weniger als einer Sekunde auftreten auf einige Sekunden.

Es ist höchst zweifelhaft, ob die von Ihnen verwendete LED bleibende Augenschäden verursachen kann. Um jedoch sicher zu gehen, können Sie die Datenblattnummern mit anderen Quellen vergleichen, von denen bekannt ist, dass sie Schäden verursachen, und von dort aus eine zulässige Belichtungszeit extrapolieren.

Was Ihren Kommentar zu PWM angeht, haben Sie ihn rückwärts verstanden: 100% Einschaltdauer ist voll (konstanter Strom) und daher die maximale Helligkeit. Alles, was weniger als 100% beträgt, bedeutet, dass es manchmal ausgeschaltet ist und daher die Helligkeit eine Funktion des Ein / Aus-Verhältnisses ist. Es unterscheidet sich nicht von der Berechnung des DC-Durchschnittsstroms, die auf dem Verhältnis des Ein / Aus-Zeitverhältnisses basiert. Dies gilt jedoch nur für die tatsächliche Schaltfrequenz, da Sie Energiespeichereffekte haben, die dazu führen können, dass die LED länger als die Einschaltdauer leitet. Unabhängig davon muss die Gesamthelligkeit etwas geringer sein als die Helligkeit, wenn die LED kontinuierlich leuchtet.