Calcul des dangers liés aux DEL

Évaluation d'une source incohérente

Pour donner un exemple d’évaluation des dangers liés au rayonnement optique incohérent, voyons le cas d’une DEL verte à émission par la surface ayant les spécifications suivantes :

  flux lumineux 700 lm
  angle d'émission à mi-hauteur 95 °
  taille de la puce 5 mm × 5 mm

Dans cet exemple, la DEL émet le spectre suivant (sous la forme d’une courbe normalisée, la luminance spectrale montrée ici a été calculée). Nous voulons convertir la courbe normalisée en luminance spectrale afin de pouvoir évaluer les dangers thermiques et les dangers liés à la lumière bleue de cette source pour la rétine.

 

Emission spectrum of an LED source

Figure : Spectre d’émission d’une DEL. Notez que la luminance spectrale a déjà été calculée pour cette courbe à partir du raisonnement suivant.

Pour obtenir la courbe réelle d’émission, la courbe d’émission normalisée et la fonction d’efficacité lumineuse ont été placées dans un tableur, avec une résolution de 0,1 nm pour la longueur d’onde. En prenant l’intégrale totale (en multipliant les colonnes ensemble puis en additionnant les produits), on obtient une valeur de 21 453. Le flux lumineux escompté est de 700 lm; par conséquent, une constante de 30,65 (21 453/700) fait disparaître la normalisation (en présumant que l’instrument utilisé pour établir le spectre a une réponse spectrale uniforme).

Après l’élimination de la normalisation, on intègre le spectre sur la longueur d’onde (en faisant la somme pour la colonne du spectre) et en divisant par la constante, on obtient la puissance optique émise dans cette portion du spectre visible : 1,50 W.

Truc : Pour vérifier ces calculs, il faut remarquer qu’à un pic de 515 nm, on a une réponse oculaire de 62,5 % (voir figure). Pour 700 lm à 515 nm, ce flux lumineux correspondrait à 1,64 W (ce qui se trouve dans une marge de 10 % de notre résultat).

On peut convertir la puissance calculée de 1,5 W en luminance en la divisant par la surface de la puce et par la moitié de l’angle solide de l’émission à mi-hauteur. La surface est simple; pour l’angle solide, la moitié d’un angle plan de 95° donne 2,04 stéradians (sr).

La luminance totale de cette source est 2,9 W/cm2sr, ce qui nous donne la luminance spectrale (la luminance en fonction de la longueur d’onde) que montre la figure ci-dessus, employée pour l’évaluation des dangers.

Évaluation des dangers

Nous pouvons maintenant évaluer les dangers thermiques pour la rétine et les dangers photochimiques (lumière bleue) pour la rétine. En multipliant la luminance spectrale ci-dessus par chacune des fonctions de phototoxicité oculaire (deuxième figure de la page), on obtient une luminance thermique réelle de 2,9 W/cm2sr et une luminance en lumière bleue réelle de 180 mW/cm2sr.

Dangers thermiques pour la rétine

Si on étudie la courbe d’exposition thermique de la rétine pour des expositions supérieures à 250 ms, la limite d’exposition se situe à 2,8/α W/cm2sr, où α est le diamètre angulaire de la DEL à la position où l’on effectue l’évaluation, si la source sous-tend un angle plan mesurant entre 1,5 mrad et 100 mrad. La distance la plus dangereuse (utilisée dans l’évaluation) est de 20 cm, et une puce mesurant 5 mm x 5 mm, à incidence normale, sous-tendrait un angle plan de 25 mrad, ce qui porterait la luminance réelle allouée pour cette source à 100 W/cm2sr. Cet exemple ne présenterait pas de danger thermique pour la rétine.

Dangers photochimques

La limite d’exposition photochimique à la lumière bleue montre que la dose totale permise en quelques heures est de 100 J/cm2sr. Pour une source qui émet 2,9 W/cm2sr, il faudrait plus de 9 minutes pour atteindre cette dose.

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