Обеспечение безопасности в светодиодном освещении

Освещение светодиодами - это путь к энергоэффективности, который также позволяет создавать творческие эффекты, которые были невозможны с лампами накаливания и люминесцентными лампами.

Но выходной спектр, как и у люминесцентных ламп, совсем не похож на солнечный свет, с которым человеческие глаза развивались.

Это важно? Что нужно знать о последствиях искусственного освещения для здоровья?


Короткий ответ: есть безопасные уровни каждого вида света и опасные уровни каждого вида света. Знания и стандарты помогают производителям и дизайнерам освещения ориентироваться в обширной области между ними.

Кстати: это огромный, постоянно развивающийся и порой противоречивый предмет. Далее следует не энциклопедия, а введение в соответствующие темы с указателями на надежные источники информации, где это возможно.

Немного биологии

Глаза должны справляться с огромными колебаниями уровней освещенности и спектров.
Два типа адаптивного визуального сенсора в сетчатке, плюс зрачок переменного диаметра и веки, которые могут косить, позволяют видеть в течение по крайней мере девяти десятилетий интенсивности и восприятия цветов от фиолетового (400 нм) до красного (700 нм), с некоторой чувствительностью вне до 380 и 750 нм.

При слабом освещении датчики «стержня» могут обнаруживать движущиеся объекты или изображения.

Существует только один тип или стержень, поэтому при слабом освещении цветное зрение отсутствует.
Оставшись в темноте, стержни и соединительные нервы становятся более чувствительными, для достижения максимума требуется около 30 минут, хотя большая часть усиления происходит в первые несколько минут. И наоборот, вся дополнительная чувствительность может быть потеряна за считанные секунды - поэтому ночное зрение, на получение которого уходили минуты, разрушается, если кто-то мигает факелом в ваших глазах.

Пиковая чувствительность стержня составляет около 498 нм, простираясь между 400 и 600 нм. К 640 нм ответ отсутствует, поэтому приборные панели на некоторых самолетах и ​​автомобилях имеют ярко-красную подсветку - красные «конусы» (см. Ниже) позволяют отчетливо видеть инструменты на длине волны, которая не может испортить ночное видение для просмотра вперед. Синяя или зеленая подсветка пропускает этот важный момент.

По мере того, как свет становится ярче, стержни насыщаются, а второй тип датчика сетчатки, называемый колбочками, вступает во владение.

Колбочки в 100 раз менее чувствительны, чем палочки, и цветное зрение возможно, потому что есть три типа колбочек.
Названные S, M и L, они чувствительны к синему (пик при 419-420 нм), зеленом (531-534 нм) и желтому (558-564 нм) соответственно благодаря трем различным «фотопсиновым» химикатам.
Чувствительность L (длинноволнового) конуса распространяется на длину волны более 700 нм, поэтому их часто называют «красными» конусами.

Переменные смеси отклика S, M и L конуса позволяют различать многие цвета при ярком освещении.

Конусы сосредоточены в центре задней части глаза, а стержни - снаружи, поэтому астрономы, ищущие тусклые звезды, должны проходить через телескоп «в угол» их глаза.

Поступающий свет контролируется в диапазоне 12: 1 радужной оболочкой, которая автоматически изменяет диаметр зрачка от диаметра 7-2 мм в зависимости от сигналов как палочек, так и колбочек.

Клетки, которые чувствуют, но не видят

Обнаруженный всего несколько лет назад, в глазу есть датчик света третьего типа, который не формирует изображения. Называемые «собственно светочувствительными ганглиозными клетками сетчатки», они также контролируют зрачок и, по-видимому, являются клетками, отвечающими за синхронизацию естественных циркадных ритмов мозга с дневным светом.

Фотоганглиозные клетки являются предметом интенсивных исследований. Зондирование осуществляется с помощью вещества, называемого меланопсином, которое реагирует в широком диапазоне цветов, достигающих пика при 480 нм (вокруг провала между чувствительностью синего и зеленого конуса), и может также иметь другие чувствительные пики - жюри все еще отсутствует в этом трудном для понимания предмет изучения.

Важно, что для защиты глаз ганглиозные клетки могут сохранять зрачок маленьким, в то время как палочки и колбочки могут лишь кратковременно сокращать зрачок, из которого он снова становится большим в течение примерно 10 секунд (см. 480 нм ниже).

«Внутренняя фоторецептивная система сетчатки [фото-ганглии] генерирует устойчивые и улучшенные реакции при постоянном высоком уровне освещения, таким образом, обеспечивая непрерывное сужение зрачка при ярком освещении, - говорят исследователи из Миссури Янли Чжу и Даниэль Ту и др. В своей статье 2007 года». Меланопсин-зависимая персистенция и фотопотенциация световой реакции зрачка мыши ».

Помимо краткосрочных адаптаций секунд и минут, существуют более долгосрочные адаптации.

Например, сетчатка маленьких детей уязвима для UVA от солнечного света, в то время как взрослые защищены фильтрующими химическими веществами, которые накапливаются в передней части глаза в течение многих лет. Сообщалось о других многонедельных защитных адаптациях - предполагалось, что люди, живущие в высоких широтах, будут особенно внимательны в короткие солнечные каникулы.

Глаз взрослого человека в сочетании с физиологическими реакциями, такими как закрытие века и вздрагивание, способен справиться с солнечным светом на своей домашней широте - за некоторыми исключениями, см. Ниже.

Если должно произойти повреждение, свет должен быть ярким, и его спектр становится важным.

Свет с более короткой длиной волны имеет больше энергии, чем свет с большей длиной волны - синие фотоны могут нанести больше вреда, чем красные фотоны.

Ультрафиолетовые фотоны были бы самыми разрушительными. Однако светодиоды не излучают ультрафиолет.

Если глаз подвергается воздействию ультрафиолета, например, от солнечного света, он поглощается в передней части глаза. На высоких уровнях это приведет к появлению «дуги глаза» в роговице - болезненное, но обычно обратимое повреждение ультрафиолетом. Длительное поглощение ультрафиолета в линзе от солнечного света способствует образованию катаракты.

Опасность синего света

Без ультрафиолетового излучения синий остается самой разрушительной частью видимого спектра, вызывая повреждение сетчатки в результате фотохимического воздействия, а не нагревания.

И иногда повреждающее ультрафиолетовое излучение распространяется и на сетчатку - это случается у маленьких детей и тех, у кого глазная линза удалена, например, по медицинским показаниям.

Наши лица чем-то обязаны силе синего света.

«Мы получили защиту от воздействия солнца, когда солнце высоко в небе - вот почему у нас есть брови и гребни. Когда солнце низкое, оно имеет тенденцию быть более красным », - сказал электронному еженедельнику д-р Джон О'Хаган, руководитель группы по дозиметрии лазерного и оптического излучения Агентства здравоохранения.

Наука о повреждении синим светом при высокой интенсивности хорошо изучена, и, как известно, она накапливается в течение нескольких часов.

Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) - это орган, который собирает научные доказательства по мере их выявления и посредством экспертной оценки вырабатывает руководящие указания по передовой практике. Как таковые, его руководящие принципы хорошо соблюдаются и являются основой для глобальных стандартов в области легкой безопасности.

ICNIRP предлагает «использовать шапки, защитные очки, одежду и солнцезащитные элементы» для защиты глаз и кожи от вредного воздействия солнечного ультрафиолета.

Долгосрочное здоровье глаз

Существует вероятность того, что уровни воздействия синего света, которые не вызывают повреждения в течение нескольких часов, могут вызвать кумулятивное повреждение в течение многих лет, и была предложена связь с возрастной дегенерацией желтого пятна (AMD).

Тем не менее, пока нет веских доказательств в любом случае на синий свет и AMD.

«Недавние исследования показывают, что синий конец светового спектра может также способствовать повреждению сетчатки и, возможно, привести к AMD», - сказал Американский фонд дегенерации желтого пятна. «Сетчатка может быть повреждена мощным видимым излучением синего / фиолетового света, которое проникает в макулярный пигмент, обнаруженный в глазу. Согласно исследованию, проведенному Институтом глаз Шепенса, низкая плотность макулярного пигмента может представлять собой фактор риска для AMD, допуская большее повреждение синим светом ».

Что думает О'Хаган?

«Я был бы очень удивлен, если синие светодиоды увеличат AMD. Воздействие синего света от солнца намного больше, чем это », - сказал он. «Наука еще не существует. С точки зрения физики, это может быть синий или ультрафиолетовый свет, который может нанести ущерб. Это должно быть воздействие солнечного света в детстве, когда они все еще могут достичь сетчатки. Это говорит о длительном периоде ожидания до того, как AMD будет идентифицирована ».

Еще одна вещь, о которой стоит подумать при накопленном воздействии, это то, что пороговые эффекты также могут вступать в игру, что будет означать, что накапливается только синий свет выше определенного уровня. Опять же, потенциальные эффекты невелики, и это находится на границах известной науки.

ICNIRP публикует синюю кривую опасности (рис. 3 здесь), которая количественно определяет длины волн риска, с фоновым предположением, что воздействие будет в течение рабочей смены один раз в каждый рабочий день. ICNIRP публикует синюю кривую опасности (рис

Это показывает, что, если он достаточно сильный, свет в диапазоне 400-500 нм и выше вызывает повреждение глаз, а при удалении хрусталика глаза этот диапазон увеличивается до 310 нм.

Глаз особенно уязвим между 420 и 470 нм, что является именно тем диапазоном, который излучают InGaN из «белых» светодиодов: синего индиго и фиолетового.

Это верно для светодиодов освещения всех производителей, а также для многих люминесцентных ламп и газоразрядных ламп.

Спектры излучения разных флуоресцентных трубок сильно различаются. Флуоресцентные лампы, начиная с 1950-х годов, имеют высокий узкий синий шип где-то между 430 и 450 нм.

Исследованные, по крайней мере, с 1980-х годов, эти шипы не были связаны с повреждением глаз.

Лампы накаливания имеют непрерывный спектр, подобный солнечному свету, с меньшим количеством синего, поэтому они безопасны по своей природе, пока они не слишком яркие.

Так где же границы? Насколько сильным должен быть этот свет?

Между тем, чтобы смотреть на солнце и смотреть телевизор - никто пока не предлагает смотреть на экран телевизора с разрешением 300 кд / м2, что приведет к повреждению сетчатки - существуют границы, за пределами которых воздействие вредно.

Эти пределы зависят от интенсивности, спектра и времени, а также от научных знаний.

Ущерб гарантирован

За пределами определенных интенсивностей глаз будет страдать постоянно.

Посмотрите прямо на солнце (интенсивность 1.6 × 109 кд / м2), и необратимые повреждения начнутся за доли секунды.

Электродуговая сварка без защиты глаз может сделать то же самое. Всего лишь полсекунды синего света от сварки, накопленного за день, могут повредить глаз. «Дуги в CO2-дуговой сварке мягкой стали не следует рассматривать в течение 0,47–4,36 с в общей сложности в день». сказали авторы этой статьи ,

С другой стороны, несмотря на преобладающий в синем спектре, глаз, кажется, справляется с интенсивностью чистого синего неба 5000 кд / м2 - хотя это еще предстоит увидеть, если долгие годы на голубое небо накапливает ущерб низкого уровня, или действительно, если жизнь на солнечной планете в конечном итоге накапливает ущерб.

Флуоресцентные трубки могут достигать 10000 кд / м2 и, вероятно, являются верхним пределом безопасного непрерывного просмотра, в то время как нить накала лампочки может составлять 10 миллионов кд / м2.

Эти цифры взяты из подробного обзора безопасности светодиодного освещения под руководством профессора Франсин Бехар и офтальмолога Университета Парижа Декарта, который называется « Светодиоды (LED) для домашнего освещения: любые риски для глаз ?». Так же доступно Вот а также Вот ,

В этом отчете отмечается, что в яркий солнечный день белая стена, обращенная на юг, может превышать 50 000 кд / м2, что требует использования соответствующих солнцезащитных очков для доведения этого до безопасного уровня. То же самое относится и к снегу или песку в аналогичных условиях.

Исследования, проведенные исследовательской группой, показали, что матрица светодиода 212 лм имеет среднюю яркость 6,2 × 10 ^ 7 кд / м2, поэтому светодиоды класса освещения не должны просматриваться непосредственно на близком расстоянии.

Хорошие производители светодиодов делают это правильно

Ответственное освещение Производители светодиодов выпускают информацию о безопасном использовании своих устройств.

Например: производитель светодиодов Cree провел безопасные испытания своих светодиодов, в том числе типа, который может повредить сетчатку - синие светодиоды питания.

В соответствии с Cree's LED документ по безопасности для глаз : «Результаты этого тестирования показывают значительный риск для здоровья от некоторых светодиодных ламп Cree в видимом свете при просмотре без рассеивателей или вторичных оптических устройств. Эти риски требуют консультативного уведомления, чтобы указать на потенциальную возможность повреждения глаз, вызванного продолжительным просмотром синего света от этих устройств. На сегодняшний день тестирование показывает, что синие и королевские синие светодиоды Cree (доминирующие длины волн 450–485 нм) представляют более высокую потенциальную угрозу безопасности глаз, чем его белые светодиоды. Другие цвета светодиодных ламп, такие как зеленые и красные светодиодные лампы, не представляют значительного риска для безопасности глаз ».

Как правило, для людей в целом ICNIRP предполагает, что спектр источника, который выглядит белым, вряд ли будет важным для расчетов безопасности, если его интенсивность ниже 10000 кд / м2.

Всегда в безопасности

За годы исследований были написаны международные стандарты, которые описывают границу между безопасным и небезопасным освещением.

МЭК 62471 «Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем» в настоящее время включает в себя международную оценку безопасных пределов для светодиодного освещения. Это основа европейского стандарта EN62471, который является основной спецификацией для национальных стандартов, включая BS EN 62471: 2008 BS EN 62471: 2008 Фотобиологическая безопасность ламп и систем ламп

И есть помощь, доступная для желающих применить это.

«МЭК / TR 62778: 2012 содержит разъяснения и рекомендации по оценке опасности синего света для всех осветительных приборов, которые имеют основное излучение в видимом спектре». сказал производитель светодиодов Vishay , «Оптическими и спектральными расчетами показано, что фотобиологические измерения безопасности, описанные в МЭК 62471, говорят нам об этом продукте, и, если этот продукт предназначен для использования в качестве осветительного продукта более высокого уровня, как эта информация может передаваться от компонентный продукт [светодиод или световой двигатель] для более высокого уровня освещения продукта [светильник] ».

В свое время, светодиодные продукты были включены в стандарт лазерной безопасности IEC 60825. Это уже не так.

МЭК 62471 возник из спецификации ANSI / IESNA RP-27 США, которую Международная комиссия по освещению (CIE) приняла за S 009.

В этом документе европейских производителей светильников перечислены текущие мероприятия по стандартизации.

Прямо или косвенно большинство из них обращаются к ICNIRP.

По словам О'Хагана, британский стандарт подлежит техническому обслуживанию. «Намерение состоит в том, что BS EN примет новые ограничения ICNIRP, основные изменения - это тепловая сетчатка, а не синяя подсветка», - сказал он.

Группы риска

Посредством тестирования по стандартам, светодиоды, светильники и другие источники света делятся на четыре группы: освобожденные (полностью безопасные) и группы риска (RG) 1, 2 и 3. Все тестируются на расстоянии 20 см между незащищенным глазом и источником света, которые Предполагается, что это наихудший случай, поскольку при более внимательном наблюдении расфокусируется изображение на сетчатке и снижается плотность мощности - за исключением людей с близорукостью, которые не носят очки, поскольку они могут сфокусироваться ближе и подвергаются максимальному риску где-то ниже 20 см.

Освобождение означает, что независимо от того, что вы делаете, вы не можете навредить себе. Например, светодиодные индикаторы, сказал О'Хаган.

RG1 похож на освобожденный, потому что из-за нормального повседневного поведения никто не будет смотреть на свет, потому что это будет неудобно. «Предполагается, что вы будете искать максимум 10 секунд», - сказал О'Хаган.
Продукты RG1 можно размещать практически везде, кроме, например, операционных, где у анестезированных пациентов могут быть неконтролируемые и расширенные зрачки.

RG2 - это защита от реакции отвращения. Предполагается, что люди будут моргать или вздрагивать через 0,25 с.
«Дети попытаются преодолеть отвращение. Не стоит продавать их потребителям. Вы могли бы продавать охранное освещение RG2, которое не поставили бы на уровне земли », - сказал О'Хаган. «Если у вас очень холодные белые светодиоды с большим синим пиком, вы начинаете переходить на группу риска 2. Производители светодиодов управляют этим путем уменьшения синего пика и использования немного другого люминофора». RG2 - это защита от реакции отвращения Типичные белые светодиодные спектры освещения для холодного (> 5000 К, синего), нейтрального (4100 К, зеленого) и теплого белого (3100 К, красного). Синий индикатор питания будет иметь только левый пик.

К свету RG3 должны относиться осторожно обученные люди. «Освещение в высоких пролетах - это, вероятно, RG3, но там, где они установлены, вы не можете попасть на улицу», - сказал О'Хаган.

Светодиоды с одинарной матрицей освещения, как правило, исключаются, RG1 или несколько - RG2 - эти данные могут быть загружены как часть декларации безопасности от ответственных производителей светодиодов.

Несмотря на то, что светодиоды RG1 номинально безопасны, совет многих органов, включая правительство Франции, гласит, что светодиодная матрица внутри светильника не должна быть видна непосредственно снаружи светильника, если его можно внимательно рассмотреть.

Не играй с ...

А некоторые обычные предметы домашнего обихода нуждаются в уходе, сказал О'Хаган: «Даже некоторые лампы накаливания могут нанести ущерб, если они застрянут перед глазом.
Некоторые светодиодные фонари могут повредить глаз гораздо быстрее ».

Кроме того, светодиоды в игрушках в настоящее время ограничены другим стандартом IEC, который рассматривает их как лазеры.

Декларации безопасности также могут указывать максимальное время просмотра.

Это максимальное время, в течение которого глаз должен подвергаться воздействию источника на расстоянии 20 см в течение рабочей смены.

Просмотр не ожидается на этом расстоянии. Число позволяет рассчитать допустимую продолжительность для фактического расстояния с учетом дополнительного затухания или фокусировки.

«Светодиод может быть видимым в течение 2000 с на 20 см. Вы можете взять его отсюда с обратным квадратом для точечного источника или 1 / d для массивов », - сказал О'Хаган. «Наука долго не созревает на синем свете. ICNIRP говорит, что повторное воздействие в течение восьми часов в день не рекомендуется ».

480nm

Все светодиоды имеют провал в своем спектре на 480 нм (см. Выше) - длина волны, на которой фото-ганглиозные ячейки являются наиболее чувствительными.

Пиковое излучение светодиодов обычно составляет 460 нм или более короткие волны, где ганглиозные клетки менее чувствительны. Опубликовано PCM, документ Зайди, Халла, Пирсона и др. предположить, что свет на 460 нм вызывает только половину реакции зрачка на свет на 480 нм.

Таким образом, в условиях интенсивного освещения зрачок будет более расширен в светодиодном свете, чем при ярком солнечном свете - сетчатка получит более высокоэнергетический синий цвет. Эффект больше с холодными белыми светодиодами по сравнению с теплыми белыми светодиодами, и хуже всего с чистыми синими светодиодами.

Важно ли это для долговременного здоровья глаз при нормальной интенсивности в дверях, еще предстоит определить.

Спать

Давно известно, что дневной «циркадный» ритм организма и уровень гормона сна мелатонина зависят от света.

Недавние исследования показывают, что фотоганглии более ответственны за эту физиологическую связь со светом, чем палочки или колбочки.

Циркадный ритм представляет собой биологический генератор с частотной синхронизацией с естественным периодом чуть более 24 часов, который синхронизируется путем сброса один раз в день при изменении освещенности. Это влияет на ряд связанных со здоровьем аспектов тела.

«Мы развились, чтобы проснуться с относительно красным спектром, и где-то в середине утра синий цвет запускает циркадный ритм», - сказал О'Хаган.

В то время как повреждение сетчатки нуждается в интенсивном воздействии, нарушение сна может происходить при нормальной интенсивности освещения в домашних условиях.

У людей, которые находятся в темноте несколько часов, достаточно 100 люкс, которые оказывают сильное влияние на уровень мелатонина и оказывают меньшее влияние, если люди не приспособлены к темноте.

Этот результат пришел из исследование Джин Даффи и Чарльза Чейслера из Бригама и женской больницы в штате Массачусетс, также опубликовано PCM.

Работают ночные огни

В целом, предполагается, что уровень мелатонина у людей, адаптированных к темноте, не подвержен влиянию света ниже 10 люкс, а максимальный эффект составляет около 1000 люкс или выше. Половинная чувствительность близка к 200 люксам.

Даффи и Чеишлер также исследовали спектр, используя свет с длиной волны 460 нм и 555 нм, и сообщили о значительно большей чувствительности к мелатонину и циркадиану через действие ганглия, чем через палочки и колбочки.

Стандартные группы хорошо осведомлены о вопросах безопасности и ритма, возникающих при чувствительности 480 нм.

«CIE работает над руководством по соответствующему световому спектру для запуска фото-ганглиев, а у CEN [европейского органа стандартизации] есть рабочая группа», - сказал О'Хаган. «Над этим работают около 15 исследовательских групп по всему миру: над этим работают Университет Суррея, Манчестерский университет и факультет офтальмологии Оксфордского университета».

Какие бы подробности ни добавлялись в исследовательских проектах на 480 нм, у О'Хагана есть несколько простых советов для людей, стремящихся свести к минимуму нарушения сна из-за всех форм искусственного освещения. «Не свети ярким вечером. Свет должен дрейфовать вместе с солнцем во тьму. В середине ночи используйте красный свет », - сказал он.

Искусственный свет в этом случае включает источники накаливания: на 500 нм, галогеновый свет все еще на 50% своего спектрального пика (580 нм) и даже стандартные лампочки составляют около 25% от их 650 нм пика.

«Галогенные лампы, как и типы светодиодов, насыщены синим цветом и снижают выработку мелатонина», - сказал О'Хаган.

Даже если они никогда не заменят каждую лампочку, светодиоды почти наверняка будут характерны для каждого дома, офиса, фабрики и улицы.

При нормальной интенсивности в дверях любые воздействия на здоровье, которые они могут иметь, аналогичны флуоресцентным трубкам или лампам накаливания.

Что делать?

Если вы разрабатываете светильники, пусть вашими руководствами будут стандарты, связанные с МЭК 62471, и, следовательно, рекомендации ICNIRP.
Избегайте дизайна, где потребители, особенно дети, могут смотреть прямо на светодиоды с близкого расстояния.

При изготовлении, где освещенная матрица подвергается воздействию или создаются очень яркие источники (например, лампы с большим отсеком или уличные фонари), предусматривают блокирующие экраны, фильтры, темные стекла, фильтрованные стекла, уменьшенный испытательный ток. Аналогичные меры предосторожности применимы к установщикам.

Если вы предоставляете источник света группы риска 2 в руки общественности, подумайте о предупреждениях, которые вы включите в него.

В домашних условиях и на работе избегайте использования светодиодов высокой интенсивности, особенно когда яркость поверхности приближается к 10000 кд / м2.

Как пользователь, не смотрите на мощные источники света любого рода и не размещайте их там, где дети могут смотреть близко друг к другу - мощные фонари, светодиоды и т. Д. Не являются игрушками, поэтому держите их подальше от детей без присмотра.

Электронный еженедельник намерен поддерживать эту статью.
Если вы понимаете предмет, пожалуйста, предложите поправки или дополнения к [email protected]

Это важно?
Что нужно знать о последствиях искусственного освещения для здоровья?
Что думает О'Хаган?
Так где же границы?
Насколько сильным должен быть этот свет?
Что делать?