Zagrożenia związane z IR LED

Chciałbym zbudować system samoprzylepnych etykiet laserowych. Witryna milestag zaleca Vishay Tsal-6100 jako IR-LED. Oto arkusz danych: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf

Ponieważ chcę skupić światło (może jeden lub dwa stopnie odchylenia za soczewką), zacząłem myśleć o potencjalnych zagrożeniach dla oka. Czytanie na ten temat pokazuje, że światło podczerwone może być bardzo problematyczne. Oko nie widzi długości fal IR i nie może zareagować na prześwietlenie. Dlatego tak ważne jest, aby być w granicach norm bezpieczeństwa.

Takich jak IEC 62471, która wydaje się być obowiązującą normą. W rzeczywistości Vishay opublikował dokument zawierający dane dotyczące ich diod LED w odniesieniu do tej normy: http://www.vishay.com/docs/81935/eyesafe.pdf

Tsal6100 jest opisany jako 400 mW / sr w najgorszym przypadku. Oznacza to, że dioda LED jest „zwolniona” = mniej niebezpieczna niż klasa 1.

Ale co to znaczy? Dane techniczne mówią, że 230mW / sr, więc wygląda na to, że już zawierają pewien margines bezpieczeństwa. Nie mogłem znaleźć odległości, przy której ta intensywność zostanie osiągnięta. Jeśli specyfikacja rejestruje 230 mW / sr w odległości 1 m, a najgorszym przypadkiem według normy jest 50 cm, wówczas skupiona wiązka (średnica 10 cm ^ 2, rozbieżność kilku kątów) może mieć znacznie większą intensywność.

Moje pytanie: Jak obliczyć natężenie mojej wiązki? Skąd mam wiedzieć, czy dioda LED jest bezpieczna w użyciu?

Aktualizacja:

Przeczytałem o jednostce mW / sr i znalazłem tę definicję:

• phi jako intensywność
• omega jako kąt

Pół kąta przed zogniskowaniem diody LED wynosi 10 stopni, po soczewce mam nadzieję uzyskać około 1 stopnia. Więc współczynnik wynosi około 10. Zastosowałem trochę matematyki:

Jeśli dobrze to zrozumiem, skupiona wiązka światła jest 10 razy silniejsza niż nieostra. Czy to jest poprawne ?

Nowym problemem jest: Jak uzyskać obszar źródłowy? Powinna być powierzchnia soczewki.

Próbowałem wprowadzić wartości do tego kalkulatora: http://www.intersil.com/en/products/optoelectronics/ambient-light-sensors/eye-safety.html

(wielkie podziękowania dla Dave'a za świetny link)

ale jest wiele pól, których po prostu nie wiem jak wypełnić. Dioda LED o mocy 2300 mW zawsze okazuje się śmiertelna, a to nie wydaje się właściwe.

W ramach kontroli zdrowia próbowałem po prostu skopiować wartości z arkusza specyfikacji do kalkulatora. Okazuje się, że LED jest niebezpieczny, a nawet nieostry. Teraz jestem pewien, że popełniłem błąd, ponieważ Vishay powiedział, że ten produkt jest „zwolniony”.

1. Jaki jest typ diody LED dla mojej konfiguracji? Wybrałem „Lensed”
2. Jeśli wybiorę soczewkę, czym dokładnie jest „rozszerzony obszar źródła”? Powierzchnia soczewki?

Czy mógłbyś mi pomóc i spróbować samodzielnie wprowadzić wartości? Kalkulator jest arkuszem kalkulacyjnym Excel. Skopiowałem go do mojego Dropbox, abyś mógł po prostu korzystać z Microsoft Excel online. Oto link: https://www.dropbox.com/s/r28n3p6bdf5m7hs/exposure-calculator.xlsx?dl=0

Ponownie link do arkusza specyfikacji to: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf

Duża aktualizacja:

Mówiąc dokładniej o moich problemach z kalkulatorem: Aby uzyskać ciekawe limity, takie jak limit ekspozycji i współczynnik bezpieczeństwa, należy wybrać „typ urządzenia zbliżeniowego intersil”. W tym polu można wybrać „standardowy czujnik zbliżeniowy” lub „czujnik zbliżeniowy dalekiego zasięgu”.

Jeśli nie zostanie dokonany wybór, pola współczynników bezpieczeństwa pozostaną puste.

Może uda nam się rozwiązać problem bez tego kalkulatora?

Myślałem o tej jednostce mW / sr. Najwyraźniej nie zależy to od odległości. Aby więc uzyskać efekt na oku, prawdopodobnie konieczne jest określenie części obszaru, która faktycznie „uderza” w oko. W odległości 10 m od diody podczerwieni połówka kąta 10 ° wytworzyła okrąg o promieniu 1,73 mi powierzchni 9,4 m ^ 2. Oko (nie źrenica, nie jestem do końca pewien, co może zostać skrzywdzone) może mieć powierzchnię 3 cm ^ 2. To bardzo niski odsetek, z pewnością nieszkodliwy.

Mogłem więc założyć, że soczewka tworzy idealnie równoległą wiązkę światła, a następnie ułamek między powierzchnią soczewki a powierzchnią oka.

To upraszcza moje pytanie: jaka moc jest nieszkodliwa dla oka. Zakładając stały obszar dla oka, czy możesz obliczyć średnicę soczewki, która czyni diodę LED nieszkodliwą? Czy to podejście jest w porządku?

Sprawdziłem z dokumentem bezpieczeństwa Vishay:

W przypadku nadajników IR dominującym limitem jest ryzyko rogówki / soczewki w zakresie długości fal od 780 nm do 3000 nm. Ogranicza to natężenie napromienienia do E_e = 100 W / m ^ 2, co wyraża się jako natężenie wartość I_e = 4 W / sr przy warunkach pomiaru tego wzorca z uwzględnieniem odległości 0,2 m

To określa: odległość widzenia wynoszącą 0,2 m i limit 4 W / sr. Zgodnie z moim powyższym myśleniem prawdopodobnie obliczyli stożek w tej odległości, a następnie określili procent powierzchni oka. Wtedy możesz uzyskać konkretną wartość dla I_e = 4 W / sr.

Co oznacza, że ​​mogę uzyskać wartości dla innych odległości. Moc na obszar wynosi maksymalnie 4 W / sr dla odległości 0,2 m. Na 0,1 m powierzchnia stożka wynosi 1/4 tego obszaru, więc otrzymałbym maksymalnie 1 W / sr dla I_e - Myślenie: Stożek ma 1/4 tego obszaru -> procent powierzchni oka jest 4 razy większy - > Moc na obszar musi wynosić 1/4 wartości odniesienia. A przy 0,05 m dozwolone byłoby tylko 250 mw / s.

W przypadku TSAL-6100 dokument mówi: „maksymalna intensywność przy absolutnych maksymalnych wartościach znamionowych” 400 mW / sr.

Dlatego uważam, że mógłbym użyć diody LED o f> 0,063 m. Obliczenia za tym: maksymalna moc na obszar TSAL wynosi 400 mW / sr. Jest to 10 razy mniej niż moc referencyjna na obszar. Obszar dolnej części stożka zmniejsza się kwadratowo wraz z wysokością stożka. Dlatego mogę zmniejszyć odległość o sqrt (10). Prowadzi to do odległości widzenia wynoszącej 6,3 cm.

Uważam, że 6,3 cm to limit bezpieczeństwa dla patrzenia bezpośrednio w TSAL-6100. Czy mógłbyś sprawdzić moje obliczenia.

Gdybym zamontował obiektyw dokładnie w tym miejscu o dokładnej ogniskowej 6,3xxx cm, to z dowolnej odległości byłoby tak, jakbym patrzył na diodę LED z odległości 6,3 cm. Dokładny margines bezpieczeństwa.

Coś, co wciąż mnie wkurza: Różne diody LED mają różne kąty połówkowe. Dlaczego mogą sprecyzować jeden konkretny I_e dla wszystkich swoich diod IR? Stożek TSAL-6200 (kąt połówkowy 20 °) jest znacznie większy niż stożek TSAL-6100. Dlatego część światła, która dostaje się do oka, powinna być mniejsza. Dlatego powinienem być większy.

Może całe moje podejście jest zepsute?

Le Goog zamówił od Intersil dokument dotyczący „IEC 62471” wraz z odpowiednimi równaniami. Dziękuję Le Goog.

Wypróbuj Google w zakresie standardu bezpieczeństwa. Oto przejście Intersil.

Edycja: Dobra, naprawdę powinienem był mówić wprost i po prostu powiedziałem, żebyście zrobili matematykę. Ee = Ie / (d ^ 2) = (400 mW / sr) / (0,2 m ^ 2) = 10 W / m ^ 2.

Zgodnie z definicjami podanymi powyżej w arkuszu intersil, jeśli nie ma limitu czasu lub jeśli limit czasu przekracza 1000 sekund (co nie powinno być konieczne, aby przesłać dane trafienia dla znacznika laserowego) Suma wszystkich długości fal Ee powinna być mniejsza niż 100 W / m ^ 2 (co byś otrzymał). Odwrotnością jest to, że minimalna bezpieczna odległość oglądania dla twojego IRLED wynosiłaby (0,4 W / sr) / (100 W / m ^ 2) = d ^ 2 = 0,004 -> sqrt (0,004) = 0,063246 m. Więc tak, twoja matematyka dla minimalnej bezpiecznej odległości była poprawna. Ale jeszcze raz chciałbym zaznaczyć, że twój laserowy system znaczników nie potrzebuje 1000 sekund na wysłanie pulsującego światła. Bardziej prawdopodobne jest, że zbliżysz się i nie odniesiesz nieodwracalnej szkody (poważnie, większość systemów laserowych wytwarza około 0,1 sekundy pulsującego światła). W każdym razie skorzystaj z matematyki. (nie kalkulator)

Edycja 2: Konkretny przykład dotyczący znacznika laserowego. Hakowanie LightStrike

Podany link zawiera podstawowe informacje na temat wersji znacznika laserowego, która istnieje na rynku (istniała, nie jestem pewien, czy została już sprzedana). Przy użyciu jego dekodowania najgorszy czas na przesłanie „danych trafienia” to 6750us + (32 markery interbitowe * 900us) + (32 bity * 3700us (dla jednego)) = ~ 4 sekundy. Nikt nigdy nie powinien czekać tak długo, a ten przykład jest najgorszym przykładem przy użyciu znanego schematu produktu. Po 4 sekundach jest to mniej niż 1000 sekund. Za pomocą równania 1 z arkusza informacyjnego intersil, który połączyłem. Ee <= 18000 * (4 s) ^ - 0,75 lub Ee <= 6363,96 W / m ^ 2. Ponownie stosując odwrotną matematykę, aby uzyskać minimalną bezpieczną odległość, otrzymalibyśmy (0,4 W / sr) / (6363,96 W / m ^ 2) = d ^ 2 = 6,28539e-5 -> sqrt (6,28539e-5) = 0,007928m lub około 8 mm. Tak więc minimalna bezpieczna odległość wynosi 8 mm, jeśli użyjesz tego ze znacznikiem laserowym. Wyniki będą się różnić w zależności od kodowania. Mam nadzieję, że dostarczyło ci to więcej niż wystarczających informacji, aby ocenić bezpieczeństwo twojego urządzenia (co jest pierwszym pytaniem). Jeśli masz więcej pytań, zadaj je w nowym pytaniu, aby inni mieli okazję Ci pomóc.