Kā gaismas diodes ietekmē redzi?

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Rakstā apskatīti nosacījumi zilās gaismas liekās devas veidošanai LED apgaismojumā. Tiek parādīts, ka fotobioloģiskās drošības novērtējumi, kas veikti saskaņā ar GOST R IEC 62471-2013, ir jāprecizē, ņemot vērā acs zīlītes diametra izmaiņas LED apgaismojumā un gaismas telpisko sadalījumu. -absorbē zilo gaismu (460 nm) pigmentu tīklenes makulā.

Tiek prezentēti metodiskie principi zilās gaismas liekās devas aprēķināšanai LED apgaismojuma spektrā attiecībā pret saules gaismu. Tiek norādīts, ka šodien ASV un Japānā mainās LED apgaismojuma koncepcija un tiek radītas baltas gaismas LED, kas minimizē riskus nodarīt kaitējumu cilvēka veselībai. Jo īpaši ASV šis jēdziens attiecas ne tikai uz vispārējo apgaismojumu, bet arī uz datoru monitoriem un automašīnu priekšējiem lukturiem.

Mūsdienās LED apgaismojums arvien vairāk tiek ieviests skolās, bērnudārzos un medicīnas iestādēs. Lai novērtētu LED gaismekļu fotobioloģisko drošību, GOST R IEC 62471-2013 “Lampas un lampu sistēmas. Fotobioloģiskā drošība". To sagatavoja Mordvijas Republikas Valsts vienotais uzņēmums “A. N. vārdā nosauktais gaismas avotu zinātniskās pētniecības institūts. Lodygin "(Mordovijas Republikas valsts vienotais uzņēmums NIIIS nosaukts pēc AN Lodygin"), pamatojoties uz tā paša autentisku starptautiskā standarta IEC 62471: 2006 "Spuldžu un lampu sistēmu fotobioloģiskā drošība" (IEC 62471: 2006) tulkojumu krievu valodā. "Spuldžu un lampu sistēmu fotobioloģiskā drošība ") un ir identiska tai (skat. 4. punktu GOST R IEC 62471-2013).

Šāda standarta ieviešanas nodošana liecina, ka Krievijā nav savas profesionālās fotobioloģiskās drošības skolas. Fotobioloģiskās drošības novērtējums ir ārkārtīgi svarīgs bērnu (paaudžu) drošības nodrošināšanai un valsts drošības apdraudējumu mazināšanai.

Saules un mākslīgā apgaismojuma salīdzinošā analīze

Gaismas avota fotobioloģiskās drošības novērtējums balstās uz risku teoriju un metodiku bīstamās zilās gaismas iedarbības robežvērtību kvantitatīvai noteikšanai uz tīklenes. Fotobioloģiskās drošības rādītāju robežvērtības tiek aprēķinātas noteiktajai zīlītes diametra ekspozīcijas robežai 3 mm (zīlītes laukums 7 mm2). Šīm acs zīlītes diametra vērtībām tiek noteiktas funkcijas B (λ) vērtības - zilās gaismas svērtā spektrālā bīstamības funkcija, kuras maksimums ietilpst spektrālā starojuma diapazonā no 435 līdz 440 nm.

Gaismas negatīvās ietekmes risku teorija un fotobioloģiskās drošības aprēķināšanas metodika tika izstrādāta, pamatojoties uz mākslīgo gaismas avotu fotobioloģiskās drošības pamatlicēja doktora Deivida H. Slīnija fundamentālajiem rakstiem.

Deivids H. Slīnijs daudzus gadus ir strādājis par nodaļas vadītāju ASV armijas Veselības veicināšanas un profilaktiskās medicīnas centrā un vadījis fotobioloģiskās drošības projektus. 2007. gadā viņš pabeidza dienestu un aizgāja pensijā. Viņa pētnieciskās intereses koncentrējas uz tēmām, kas saistītas ar UV iedarbību uz acīm, lāzera starojumu un audu mijiedarbību, lāzera apdraudējumu un lāzeru izmantošanu medicīnā un ķirurģijā. Deivids Slīnijs ir bijis loceklis, konsultants un priekšsēdētājs daudzās komisijās un iestādēs, kuras ir izstrādājušas drošības standartus aizsardzībai pret nejonizējošo starojumu, jo īpaši lāzeriem un citiem augstas intensitātes optiskā starojuma avotiem (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO)., NCRP un ICNIRP). Viņš ir līdzautors The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, Ņujorka, 1980. No 2008. līdz 2009. gadam doktors Deivids Slīnijs bija Amerikas Fotobioloģijas biedrības prezidents.

Deivida Slīnija izstrādātie pamatprincipi ir mūsdienu metodoloģijas pamatā mākslīgo gaismas avotu fotobioloģiskajai drošībai. Šis metodiskais modelis tiek automātiski pārnests uz LED gaismas avotiem. Tas ir radījis lielu sekotāju un studentu loku, kuri turpina paplašināt šo metodiku, iekļaujot LED apgaismojumu. Savos rakstos viņi cenšas attaisnot un popularizēt LED apgaismojumu, izmantojot risku klasifikāciju.

Viņu darbu atbalsta Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia un citi LED apgaismojuma ražotāji. Šobrīd LED apgaismojuma iespēju (un ierobežojumu) intensīvas izpētes un analīzes joma ietver:

• valdības aģentūras, piemēram, ASV Enerģētikas departaments, RF Enerģētikas ministrija;

• sabiedriskās organizācijas, piemēram, Ziemeļamerikas apgaismojuma inženieru biedrība (IESNA), Cietvielu apgaismojuma un tehnoloģiju alianse (ASSIST), Starptautiskā Dark-Sky Assosiation (IDA) un NP PSS RF;

• lielākie ražotāji Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia un

Krievijas ražotāji Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• kā arī vairāki pētniecības institūti, universitātes, laboratorijas: Apgaismojuma pētniecības centrs Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts (NIST), Amerikas Nacionālais standartu institūts (ANSI), kā arī NIIIS im. AN Lodygin , VNISI viņiem. S. I. Vavilovs.

No zilās gaismas liekās devas noteikšanas viedokļa interesants ir darbs "Optiskā drošības LED apgaismojums" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA pozīcija papīra optiskā drošības LED apgaismojums_Final_July2011). Šajā Eiropas ziņojumā ir salīdzināti saules gaismas spektri ar mākslīgajiem gaismas avotiem (kvēlspuldzēm, dienasgaismas spuldzēm un LED spuldzēm) saskaņā ar EN 62471 prasībām. Izmantojot mūsdienu higiēniskā novērtējuma paradigmas prizmu, apsveriet šajā Eiropas ziņojumā sniegtos datus, lai noteiktu zilās gaismas pārmērīgo īpatsvaru LED baltās gaismas avota spektrā. attēlā. 1 parāda baltās gaismas LED spektrālo modeli, kas sastāv no kristāla, kas izstaro zilu gaismu, un dzeltena fosfora, ar kuru tas ir pārklāts, lai radītu baltu gaismu.

attēlā. 1. Norādīti arī atskaites punkti, kuriem higiēnistam jāpievērš uzmanība, analizējot gaismas spektru no jebkura avota. No šī viedokļa apsveriet saules gaismas spektrus (2. att.).

Attēlā redzams, ka krāsu temperatūras diapazonā no 4000 K līdz 6500 K tiek ievēroti "melanopsīna krusta" apstākļi. Gaismas enerģijas spektrā amplitūdai (A) pie 480 nm vienmēr jābūt lielākai par amplitūdu pie 460 nm un 450 nm.

Tajā pašā laikā zilās gaismas deva 460 nm saules gaismas spektrā ar krāsas temperatūru 6500 K ir par 40% lielāka nekā saules gaismas deva ar 4000 K krāsas temperatūru.

"Melanopsīna krusta" efekts ir skaidri redzams, salīdzinot kvēlspuldžu un LED lampu ar 3000 K krāsu temperatūru spektru (3. att.).

Zilās gaismas pārsniegums LED spektra spektrā attiecībā pret zilās gaismas īpatsvaru kvēlspuldzes spektrā pārsniedz vairāk nekā 55%.

Ņemot vērā iepriekš minēto, salīdzināsim saules gaismu pie Tc = 6500 K (6500 K ir ierobežojošā tīklenes krāsas temperatūra pēc Deivida Slīnija, un saskaņā ar sanitārajiem standartiem tā ir mazāka par 6000 K) ar kvēlspuldzes spektru Tc = 2700 K un LED lampas spektrs ar Tc = 4200 K pie apgaismojuma līmeņa 500 luksi. (4. att.).

Attēlā parādīts sekojošais:

- LED lampai (Tc = 4200 K) ir par 460 nm lielāka emisija nekā saules gaismai (6500 K);

- LED lampas gaismas spektrā (Tc = 4200 K) kritums pie 480 nm ir par kārtu (10 reizes) lielāks nekā saules gaismas spektrā (6500 K);

- LED lampas gaismas spektrā (Tc = 4200 K) kritums ir 480 nm vairākas reizes lielāks nekā kvēlspuldzes gaismas spektrā (Tc = 2700 K).

Ir zināms, ka LED apgaismojumā acs zīlītes diametrs pārsniedz robežvērtības - 3 mm (laukums 7 mm2) saskaņā ar GOST R IEC 62471-2013 “Lampas un lampu sistēmas. Fotobioloģiskā drošība.

No datiem, kas parādīti 2. attēlā, var redzēt, ka 460 nm zilās gaismas deva saules gaismas spektrā 4000 K krāsas temperatūrai ir daudz mazāka nekā 460 nm zilās gaismas deva saules gaismas spektrā plkst. krāsu temperatūra 6500 K.

No tā izriet, ka 460 nm zilās gaismas deva LED apgaismojuma spektrā ar krāsu temperatūru 4200 K ievērojami (par 40%) pārsniegs 460 nm zilās gaismas devu saules gaismas spektrā ar krāsu temperatūru 4000 K pie tāda paša apgaismojuma līmeņa.

Šī atšķirība starp devām ir zilās gaismas pārpalikuma deva LED apgaismojumā attiecībā pret saules gaismu ar tādu pašu krāsu temperatūru un noteiktu apgaismojuma līmeni. Bet šī deva jāpapildina ar zilās gaismas devu, ko rada nepietiekama zīlītes kontrole LED apgaismojuma apstākļos, ņemot vērā pigmentu nevienmērīgo sadalījumu, kas absorbē 460 nm zilo gaismu tilpumā un laukumā. Tā ir pārmērīga zilās gaismas deva, kas izraisa degradācijas procesu paātrināšanos, kas palielina agrīnu redzes traucējumu risku salīdzinājumā ar saules gaismu, ja visas pārējās lietas ir vienādas (noteikts apgaismojuma līmenis, krāsu temperatūra un makulas tīklenes efektīva darbība utt.)

Acs uzbūves fizioloģiskās īpatnības, kas ietekmē drošu gaismas uztveri

Tīklenes aizsardzības shēma tika izveidota saules gaismā. Izmantojot saules gaismas spektru, tiek nodrošināta adekvāta acs zīlītes diametra kontrole aizvērtai, kā rezultātā samazinās saules gaismas deva, kas sasniedz tīklenes šūnas. Skolēna diametrs pieaugušajam svārstās no 1,5 līdz 8 mm, kas nodrošina gaismas intensitātes maiņu uz tīkleni aptuveni 30 reizes.

Acs zīlītes diametra samazināšanās noved pie attēla gaismas projekcijas laukuma samazināšanās, kas nepārsniedz "dzeltenā plankuma" laukumu tīklenes centrā. Tīklenes šūnu aizsardzību no zilās gaismas veic makulas pigments (ar absorbcijas maksimumu 460 nm) un kura veidošanās ir sava evolūcijas vēsture.

Jaundzimušajiem makulas laukums ir gaiši dzeltenā krāsā ar neskaidrām kontūrām.

No trīs mēnešu vecuma parādās makulas reflekss un dzeltenās krāsas intensitāte samazinās.

Līdz vienam gadam tiek noteikts foveolārais reflekss, centrs kļūst tumšāks.

Trīs līdz piecu gadu vecumā makulas zonas dzeltenīgais tonis gandrīz saplūst ar tīklenes centrālās zonas rozā vai sarkano toni.

Makulas zonu 7-10 gadus veciem un vecākiem bērniem, tāpat kā pieaugušajiem, nosaka avaskulārā centrālā tīklenes zona un gaismas refleksi. Jēdziens "makulas plankums" radās līķu acu makroskopiskās izmeklēšanas rezultātā. Uz plakaniem tīklenes preparātiem ir redzams neliels dzeltens plankums. Ilgu laiku nebija zināms pigmenta ķīmiskais sastāvs, kas krāso šo tīklenes zonu.

Šobrīd ir izolēti divi pigmenti – luteīns un luteīna izomērs zeaksantīns, ko sauc par makulas pigmentu jeb makulas pigmentu. Luteīna līmenis ir augstāks vietās ar augstāku stieņu koncentrāciju, zeaksantīna līmenis ir augstāks vietās ar augstāku čiekuru koncentrāciju. Luteīns un zeaksantīns pieder karotinoīdu saimei, dabisko augu pigmentu grupai. Tiek uzskatīts, ka luteīnam ir divas svarīgas funkcijas: pirmkārt, tas absorbē zilo gaismu, kas ir kaitīga acīm; otrkārt, tas ir antioksidants, bloķē un noņem gaismas ietekmē radušās reaktīvās skābekļa sugas. Luteīna un zeaksantīna saturs makulā ir nevienmērīgi sadalīts pa laukumu (maksimums centrā un vairākas reizes mazāks malās), kas nozīmē, ka aizsardzība pret zilo gaismu (460 nm) malās ir minimāla. Ar vecumu pigmentu daudzums samazinās, tie organismā netiek sintezēti, tos var iegūt tikai ar pārtiku, tāpēc kopējā aizsardzības efektivitāte no zilās gaismas makulas centrā ir atkarīga no uztura kvalitātes.

Nepietiekamas skolēnu kontroles sekas

attēlā. 5. ir vispārīga shēma halogēna lampas (spektrs ir tuvs saules spektram) un LED lampas gaismas plankuma projekciju salīdzināšanai. Ar LED gaismu apgaismojuma laukums ir lielāks nekā ar halogēna lampu.

Piešķirto apgaismojuma laukumu atšķirība tiek izmantota, lai aprēķinātu papildu zilās gaismas devu no nepietiekamas zīlītes kontroles LED apgaismojuma apstākļos, ņemot vērā pigmentu nevienmērīgo sadalījumu, kas absorbē 460 nm zilo gaismu pēc tilpuma un laukuma.. Šis kvalitatīvais zilās gaismas pārmērīgā īpatsvara novērtējums balto gaismas diožu spektrā var kļūt par metodoloģisku pamatu kvantitatīviem novērtējumiem nākotnē. Lai gan no tā ir skaidrs tehniskais lēmums par nepieciešamību aizpildīt plaisu 480 nm apgabalā līdz "melanopsīna krusta" efekta novēršanas līmenim. Šis risinājums tika noformēts izgudrotāja sertifikāta formā (LED baltās gaismas avots ar kombinētu tālvadības fotoluminiscējošu konvektoru. Patents Nr. 2502917 30.12.2011.). Tas nodrošina Krievijas prioritāti LED baltās gaismas avotu radīšanas jomā ar bioloģiski atbilstošu spektru.

Diemžēl Krievijas Federācijas Rūpniecības un tirdzniecības ministrijas eksperti neatbalsta šo virzienu, kas ir iemesls nefinansēt darbus šajā virzienā, kas skar ne tikai vispārējo apgaismojumu (skolas, dzemdību nami utt.), arī monitoru un auto lukturu fona apgaismojums.

Ar LED apgaismojumu notiek nepietiekama acs zīlītes diametra kontrole, kas rada apstākļus pārmērīgas zilās gaismas devas iegūšanai, kas negatīvi ietekmē tīklenes šūnas (ganglija šūnas) un tās asinsvadus. Pārmērīgas zilās gaismas devas negatīvo ietekmi uz šīm struktūrām apstiprināja Bioķīmiskās fizikas institūta darbi. N. M. Emanuels RAS un FANO.

Iepriekš identificētās sekas, ko rada nepietiekama acs zīlītes diametra kontrole, attiecas uz dienasgaismas un enerģijas taupīšanas spuldzēm (6. att.). Tajā pašā laikā ir palielināts UV gaismas īpatsvars pie 435 nm ("LED apgaismojuma optiskā drošība" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA pozīcijas papīra optiskā drošības LED apgaismojums_Final_July2011)).

Eksperimentu un mērījumu gaitā, kas veikti ASV skolās, kā arī krievu skolās (Bērnu un pusaudžu higiēnas un veselības aizsardzības pētniecības institūts, SCCH RAMS), tika konstatēts, ka, samazinoties mākslīgo krāsu korelētajai krāsu temperatūrai. gaismas avotiem, palielinās acs zīlītes diametrs, kas rada priekšnoteikumus negatīvai zilās gaismas iedarbībai uz tīklenes šūnām un asinsvadiem. Palielinoties mākslīgo gaismas avotu korelētajai krāsu temperatūrai, acs zīlītes diametrs samazinās, bet nesasniedz zīlītes diametra vērtības saules gaismā.

Pārmērīga UV zilās gaismas deva izraisa degradācijas procesu paātrināšanos, kas palielina agrīnu redzes traucējumu risku salīdzinājumā ar saules gaismu, ja visas pārējās lietas ir vienādas.

Palielināta zilā deva LED apgaismojuma spektrā ietekmē cilvēka veselību un vizuālā analizatora darbību, kas palielina redzes un veselības invaliditātes riskus darbspējas vecumā.

Koncepcija par pusvadītāju gaismas avotu radīšanu ar bioloģiski atbilstošu gaismu

Pretstatā Krievijas Federācijas Rūpniecības un tirdzniecības ministrijas un Skolkovas Inovāciju centra ekspertu konservatīvismam, raksta autoru kultivētā koncepcija par pusvadītāju baltās gaismas avotu radīšanu ar bioloģiski adekvātu gaismu gūst atbalstu visā pasaulē. pasaule. Piemēram, Japānā uzņēmums Toshiba Material Co., LTD ir izveidojis gaismas diodes, izmantojot TRI-R tehnoloģiju (7. att.).

Šāda violeto kristālu un fosfora kombinācija ļauj sintezēt gaismas diodes ar spektru, kas ir tuvu saules gaismas spektram ar dažādām krāsu temperatūrām, un novērst iepriekš minētos LED spektra trūkumus (zils kristāls pārklāts ar dzeltenu fosforu).

attēlā. astoņi.uzrāda saules gaismas spektra (TK = 6500 K) salīdzinājumu ar gaismas diožu spektriem, izmantojot TRI-R tehnoloģiju un tehnoloģiju (zils kristāls pārklāts ar dzeltenu fosforu).

No iesniegto datu analīzes var redzēt, ka gaismas diožu baltās gaismas spektrā, izmantojot TRI-R tehnoloģiju, atstarpe pie 480 nm ir novērsta un nav pārmērīgas zilās devas.

Tātad pētījumu veikšana, lai noteiktu noteikta spektra gaismas ietekmes mehānismus uz cilvēka veselību, ir valsts uzdevums. Šo mehānismu ignorēšana noved pie miljardiem dolāru izmaksām.

secinājumus

Sanitārie noteikumi fiksē normas no apgaismojuma tehniskajiem normatīvajiem dokumentiem, pārtulkojot Eiropas standartus. Šos standartus veido speciālisti, kuri ne vienmēr ir neatkarīgi un īsteno savu nacionālo tehnisko politiku (nacionālo biznesu), kas bieži vien nesakrīt ar Krievijas nacionālo tehnisko politiku.

Ar LED apgaismojumu rodas nepietiekama acs zīlītes diametra kontrole, kas rada šaubas par fotobioloģisko novērtējumu pareizību saskaņā ar GOST R IEC 62471-2013.

Valsts nefinansē progresīvus pētījumus par tehnoloģiju ietekmi uz cilvēka veselību, tāpēc higiēnisti ir spiesti pielāgot normas un prasības tehnoloģijām, kuras virza pārneses tehnoloģiju bizness.

Tehniskajos risinājumos LED lampu un datoru ekrānu izstrādei būtu jāņem vērā acu un cilvēku veselības drošības nodrošināšana, jāveic pasākumi, lai novērstu "melanopsīna krusta" efektu, kas rodas visiem pašreiz esošajiem energotaupības gaismas avotiem un fona apgaismojumam. informācijas displeja ierīcēm.

LED apgaismojumā ar baltām gaismas diodēm (zils kristāls un dzeltens fosfors), kuru spektrā ir sprauga pie 480 nm, ir nepietiekama acs zīlītes diametra kontrole.

Dzemdību namiem, bērnu iestādēm un skolām jāizstrādā lampas ar bioloģiski atbilstošu gaismas spektru, ņemot vērā bērnu redzes īpatnības, un tām jāveic obligāta higiēniskā sertifikācija.

Īsi redaktora secinājumi:

1. Gaismas diodes izstaro ļoti spilgti zilā krāsā un tuvu UV apgabaliem un ļoti vāji zilā krāsā.

2. Acs "mēra" spilgtumu, lai sašaurinātu zīlīti par nevis zilas, bet zilas krāsas līmeni, kuras baltās gaismas diodes spektrā praktiski nav, tāpēc acs "domā", ka tā ir tumša un atver zīlīti plašāk, kas noved pie tā, ka tīklene saņem daudzkārt vairāk gaismas (zilā un UV) nekā saules apgaismojumā, un šī gaisma "izdedzina" acs gaismas jutīgās šūnas.

3. Šajā gadījumā zilās gaismas pārpalikums acī noved pie attēla skaidrības pasliktināšanās. uz tīklenes veidojas attēls ar oreolu.

4. Bērnu acs ir apmēram kārtu caurspīdīgāka līdz zilai nekā veciem cilvēkiem, tāpēc bērniem "izdegšanas" process ir daudzkārt intensīvāks.

5. Un neaizmirstiet, ka LED ir ne tikai apgaismojums, bet tagad gandrīz visi ekrāni.

Ja dodam vēl vienu attēlu, tad gaismas diožu radītie acu bojājumi ir līdzīgi aklumam kalnos, kas rodas no UV atstarošanas no sniega un ir bīstamāki tieši mākoņainā laikā.

Rodas jautājums, ko darīt tiem, kuriem jau ir LED apgaismojums, kā parasti, no nezināmas izcelsmes LED?

Nāk prātā divas iespējas:

1. Pievienojiet papildu zilās gaismas (480 nm) apgaismojumu.

2. Uzlieciet uz lampām dzeltenu filtru.

Man vairāk patīk pirmais variants, jo pārdošanā ir zilas (gaiši zilas) LED lentes ar 475nm starojumu. Kā jūs varat pārbaudīt, kāds ir faktiskais viļņa garums?

Otrais variants "apēdīs" daļu gaismas un lampiņa būs blāvāka, turklāt nav arī zināms, kādu zilo daļu noņemsim.