Gefahren von IR LED

Ich möchte ein DIY-Laser-Tag-System bauen. Die Website milestag empfiehlt einen Vishay Tsal-6100 als IR-LED. Hier ist ein Datenblatt: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf

Da ich das Licht fokussieren möchte (vielleicht ein oder zwei Grad Divergenz nach der Linse), begann ich über mögliche Gefahren für das Auge nachzudenken. Das Nachlesen des Themas zeigt, dass IR-Licht sehr problematisch sein kann. Das Auge sieht die IR-Wellenlängen nicht und kann nicht auf Überbelichtung reagieren. Daher ist es wichtig, dass die Sicherheitsstandards eingehalten werden.

Wie zum Beispiel IEC 62471, die die anwendbare Norm zu sein scheint. Tatsächlich hat Vishay ein Dokument mit Daten zu den LEDs veröffentlicht, auf die gegen diese Norm verwiesen wird: http://www.vishay.com/docs/81935/eyesafe.pdf

Der Tsal6100 wird im schlimmsten Fall als 400 mW / sr beschrieben. Dies soll bedeuten, dass die LED "ausgenommen" ist = weniger gefährlich als Klasse 1.

Aber was heißt das? Die technischen Daten sagen 230 mW / sr, so dass es den Anschein hat, als hätten sie bereits eine Sicherheitsmarge enthalten. Ich konnte den Abstand nicht finden, bei dem diese Intensität erreicht wird. Wenn die Spezifikationen 230 mW / sr in 1 m Entfernung aufzeichnen und der ungünstigste Fall gemäß der Norm 50 cm ist, hat ein fokussierter Strahl (Durchmesser 10 cm ^ 2, einige Winkeldivergenz) möglicherweise eine viel höhere Intensität.

Meine Frage: Wie berechne ich die Intensität meines Strahls? Woher weiß ich, ob die Verwendung der LED sicher ist?

Aktualisieren:

Ich habe die Einheit mW / sr gelesen und diese Definition gefunden:

• Phi als Intensität
• Omega als Winkel

Der halbe Winkel vor dem Fokussieren der LED beträgt 10 Grad, nach dem Objektiv erhoffe ich mir so etwas wie 1 Grad. Der Faktor ist also ungefähr 10. Ich habe ein bisschen Mathe angewendet:

Wenn ich das richtig verstehe, ist ein fokussierter Lichtstrahl zehnmal so stark wie der nicht fokussierte. Ist das richtig ?

Ein neues Problem ist: Wie bekomme ich den Quellbereich? Sollte die Oberfläche der Linse sein.

Ich habe versucht, die Werte in diesen Taschenrechner einzugeben: http://www.intersil.com/de/products/optoelectronics/ambient-light-sensors/eye-safety.html

(vielen Dank an Dave für den tollen Link)

Aber es gibt viele Felder, die ich nicht ausfüllen kann. Eine LED mit 2300mW erweist sich immer als tödlich, und das scheint nicht richtig zu sein.

Zur Überprüfung der Gesundheit habe ich versucht, die Werte aus dem Datenblatt in den Taschenrechner zu kopieren. Es stellt sich heraus, dass die LED gefährlich ist, auch unscharf. Jetzt bin ich sicher, dass ich einen Fehler gemacht habe, da Vishay sagte, dass dieses Produkt "ausgenommen" war.

1. Was ist der LED-Typ für mein Setup? Ich entschied mich für "Lensed"
2. Was genau ist "erweiterter Quellbereich", wenn ich "Linsen" wähle? Die Oberfläche der Linse?

Könnten Sie mir vielleicht helfen und versuchen, die Werte selbst einzugeben? Der Rechner ist eine Excel-Tabelle. Ich habe es in meine Dropbox kopiert, sodass Sie Microsoft Excel einfach online verwenden können. Hier ist ein Link: https://www.dropbox.com/s/r28n3p6bdf5m7hs/exposure-calculator.xlsx?dl=0

Der Link zum technischen Datenblatt lautet erneut: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf

Großes Update:

Um meine Probleme mit dem Taschenrechner genauer zu beschreiben: Um interessante Grenzwerte wie Expositionsgrenzwert und Sicherheitsfaktor zu erhalten, muss ein "Intersil Proximity Device Type" gewählt werden. Für dieses Feld können Sie zwischen "Standard-Näherungssensor" oder "Fernnäherungssensor" wählen.

Wenn keine Auswahl getroffen wird, bleiben die Felder für Sicherheitsfaktoren leer.

Vielleicht können wir das Problem ohne diesen Rechner lösen?

Ich dachte an dieses Gerät mW / sr. Anscheinend hängt es nicht von der Entfernung ab. Um die Wirkung auf das Auge zu erzielen, ist es wahrscheinlich notwendig, den Bruchteil der Fläche zu bestimmen, der das Auge tatsächlich "trifft". In einem Abstand von 10 m von der IR-LED hat der halbe Winkel von 10 ° einen Kreis mit einem Radius von 1,73 m und einer Fläche von 9,4 m 2 erzeugt. Das Auge (nicht die Pupille, ich bin nicht ganz sicher, was geschädigt werden kann) hat vielleicht eine Fläche von 3 cm ^ 2. Das ist ein sehr geringer Prozentsatz, sicherlich harmlos.

Ich könnte also annehmen, dass die Linse einen perfekt parallelen Lichtstrahl erzeugt und dann den Bruchteil zwischen Linsenoberfläche und Augenoberfläche erzeugt.

Das macht meine Frage einfacher: Welche Kraft ist harmlos für das Auge? Können Sie unter der Annahme eines festen Augenbereichs einen Linsendurchmesser berechnen, der die LED unschädlich macht? Ist dieser Ansatz in Ordnung?

Ich habe das Vishay-Sicherheitsdokument überprüft:

Bei IR-Emittern ist die dominierende Grenze das Hornhaut- / Linsenrisiko im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 3000 nm. Dies begrenzt die Bestrahlungsstärke auf E_e = 100 W / m ^ 2, was als Intensität ausgedrückt wird, ein Wert von I_e = 4 W / sr unter Berücksichtigung der Messbedingungen dieses Standards mit einem Abstand von 0,2 m

Dies gibt Folgendes an: Ein Betrachtungsabstand von 0,2 m und eine Grenze von 4 W / sr. Nach meiner obigen Überlegung haben sie wahrscheinlich den Kegel in dieser Entfernung berechnet und dann den prozentualen Anteil der Augenoberfläche bestimmt. Dann könnten Sie einen konkreten Wert für I_e = 4 W / sr erhalten.

Das bedeutet, dass ich Werte für andere Entfernungen erhalten könnte. Die Leistung pro Fläche beträgt maximal 4 W / sr für die Distanz von 0,2 m. Bei 0,1 m beträgt die Kegelfläche 1/4 dieser Fläche, daher würde ich ein Maximum von 1 W / sr für I_e erhalten. Denken Sie: Der Kegel ist 1/4 dieser Fläche -> Prozentsatz der Augenoberfläche ist viermal so hoch > Die Leistung pro Fläche muss 1/4 des Referenzwerts betragen. Und bei 0,05 m sind nur 250 mw / sr zulässig.

Für TSAL-6100 heißt es in dem Dokument: "maximale Intensität bei absoluten maximalen Nennleistungen" 400 mW / sr.

Daher glaube ich, dass ich eine LED mit f> 0,063m verwenden könnte. Berechnung dahinter: Die maximale Leistung pro Fläche von TSAL beträgt 400 mW / sr. Dies ist 10-mal niedriger als die Referenzleistung pro Fläche. Die Kegelbodenfläche nimmt quadratisch mit der Kegelhöhe ab. Daher kann ich den Abstand um sqrt (10) verringern. Dies führt zu einem Betrachtungsabstand von 6,3 cm.

Ich glaube, dass 6,3 cm die Sicherheitsgrenze für den direkten Blick in einen TSAL-6100 sind. Könnten Sie meine Berechnungen überprüfen?

Wenn ich genau an dieser Stelle ein Objektiv mit der exakten Brennweite 6.3xxx cm montieren würde, dann wäre es aus jeder Entfernung so, als würde ich die LED aus 6.3cm Entfernung betrachten. Welches ist die genaue Sicherheitsspanne.

Was mich immer noch nervt: Verschiedene LEDs haben unterschiedliche Halbwinkel. Wie kommt es, dass sie für alle ihre IR-LEDs ein konkretes I_e festlegen können? Der Kegel eines TSAL-6200 (20 ° Halbwinkel) ist viel größer als der des TSAL-6100. Daher sollte der Anteil des Lichts, der in das Auge eintritt, kleiner sein. Deshalb sollte ich größer sein.

Vielleicht ist mein ganzer Ansatz gebrochen?

Le Goog hat von Intersil ein Dokument über "IEC 62471" mit den entsprechenden Gleichungen bezogen. Vielen Dank, Le Goog.

Bitte versuchen Sie Google-ing den Sicherheitsstandard. Hier ist Intersils Durchgang.

Edit: Okay, ich hätte wirklich geradeheraus gehen sollen und dir nur gesagt, dass du die Mathe machen sollst. Ee = Ie / (d 2) = (400 mW / sr) / (0,2 m 2) = 10 W / m 2.

Gemäß den Definitionen in dem Zwischenblatt, das ich oben angegeben habe, wenn es kein Zeitlimit gibt oder wenn das Zeitlimit 1000 Sekunden überschreitet (was Sie nicht benötigen sollten, um die Trefferdaten für das Laser-Tag zu übertragen) Die Summe aller Ee-Wellenlängen sollte weniger als 100 W / m ^ 2 sein (was Sie bekommen würden). Die Umkehrung davon ist, dass der minimale sichere Betrachtungsabstand für Ihr IRLED (0,4 W / sr) / (100 W / m ^ 2) = d ^ 2 = 0,004 -> sqrt (0,004) = 0,063246 m beträgt. Also ja, deine Rechnung für die minimale Sicherheitsentfernung war korrekt. Aber auch hier möchte ich nur darauf hinweisen, dass Ihr Laser-Tag-System nicht 1000 Sekunden benötigt, um das gepulste Licht zu senden. Es ist wahrscheinlicher, dass Sie näher kommen und keinen irreparablen Schaden erleiden (im Ernst, die meisten Laser-Tag-Systeme erzeugen etwa 0,1 Sekunden gepulstes Licht). Wie auch immer, benutzen Sie bitte die Mathematik. (nicht Rechner)

Edit 2: Ein konkretes Beispiel zum Lasertag. Den LightStrike hacken

Der bereitgestellte Link enthält einige grundlegende Informationen zu einer auf dem Markt erhältlichen Version des Laser-Tags. Unter Verwendung seiner Dekodierung beträgt die schlechteste Zeit für die Übertragung von "Trefferdaten" 6750us + (32-Bit-Markierungen * 900us) + (32 Bit * 3700us (für eine Eins)) = ~ 4 Sekunden. Niemand sollte jemals so lange warten, und dieses Beispiel ist nur ein Worst-Case-Beispiel, das ein bekanntes Produktschema verwendet. Nach diesen 4 Sekunden sind es weniger als 1000 Sekunden. Verwenden von Gleichung 1 aus dem von mir verknüpften intersil-Infoblatt. Ee <= 18000 * (4 s) ^ - 0,75 oder Ee <= 6363,96 W / m ^ 2. Wenn wir wieder die umgekehrte Mathematik anwenden, um den minimalen Sicherheitsabstand zu erhalten, erhalten wir (0,4 W / sr) / (6363,96 W / m ^ 2) = d ^ 2 = 6,28539e-5 -> sqrt (6,28539e-5) = 0,007928m oder um 8mm. Der minimale Sicherheitsabstand beträgt 8 mm, wenn Sie diesen mit einem Lightstrike-Lasermarker verwenden. Die Ergebnisse variieren natürlich je nach Codierung. Ich hoffe, dies hat Ihnen mehr als genug Informationen geliefert, um die Sicherheit Ihres Geräts zu beurteilen (was die erste Frage ist). Wenn Sie weitere Fragen haben, stellen Sie diese bitte in einer neuen Frage, damit andere Ihnen helfen können.