כיצד נורות לד משפיעות על הראייה?

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

המאמר דן בתנאים להיווצרות מינון עודף של אור כחול בתאורת לד. הוכח כי יש להבהיר את הערכות הבטיחות הפוטוביולוגית, המבוצעות בהתאם ל-GOST R IEC 62471-2013, תוך התחשבות בשינוי בקטרים של אישון העין תחת תאורת LED וההפצה המרחבית של האור. פיגמנט קליטת אור כחול (460 ננומטר) במקולה של הרשתית.

מוצגים העקרונות המתודולוגיים של חישוב המינון העודף של אור כחול בספקטרום של תאורת LED ביחס לאור השמש. מצויין כי כיום בארה ב וביפן משתנה הרעיון של תאורת לד ונוצרים נוריות של אור לבן הממזערות את הסיכונים לנזק לבריאות האדם. בארצות הברית במיוחד, מושג זה משתרע לא רק על תאורה כללית, אלא גם על מסכי מחשב ופנסי רכב.

כיום, תאורת לד מופעלת יותר ויותר בבתי ספר, גנים ומוסדות רפואיים. כדי להעריך את הבטיחות הפוטוביולוגית של גופי תאורה LED, GOST R IEC 62471-2013 "מערכות מנורות ומנורות. בטיחות פוטוביולוגית". הוא הוכן על ידי המפעל המאוחד הממלכתי של הרפובליקה של מורדוביה "מכון המחקר המדעי של מקורות אור על שם א.נ. Lodygin "(מפעל יחידתי של הרפובליקה של מורדוביה NIIIS על שם AN Lodygin") על בסיס תרגום אותנטי משלה לרוסית של התקן הבינלאומי IEC 62471: 2006 "בטיחות פוטוביולוגית של מנורות ומערכות מנורות" (IEC 62471: 2006 "בטיחות פוטוביולוגית של מנורות ומערכות מנורות ") והיא זהה לה (ראה סעיף 4. GOST R IEC 62471-2013).

העברה כזו של היישום הסטנדרטי מעידה על כך שלרוסיה אין בית ספר מקצועי משלה לבטיחות פוטו-ביולוגית. הערכת הבטיחות הפוטוביולוגית חשובה ביותר להבטחת בטיחות הילדים (דור) ולהפחתת האיומים על הביטחון הלאומי.

ניתוח השוואתי של תאורה סולארית ומלאכותית

הערכת הבטיחות הפוטוביולוגית של מקור אור מבוססת על תורת הסיכונים ומתודולוגיה לכימות ערכי הגבול של חשיפה לאור כחול מסוכן ברשתית. הערכים המגבילים של מדדי הבטיחות הפוטוביולוגית מחושבים עבור מגבלת החשיפה שצוינה של קוטר האישון של 3 מ"מ (שטח אישונים של 7 מ"מ). עבור ערכים אלה של קוטר אישון העין, נקבעים ערכי הפונקציה B (λ) - פונקציית הסיכון הספקטרלי המשוקלל מאור כחול, שהמקסימום נופל על טווח הקרינה הספקטרלית של 435-440 ננומטר.

תיאוריית הסיכונים של השפעות שליליות של אור והמתודולוגיה לחישוב הבטיחות הפוטוביולוגית פותחה על בסיס מאמרי היסוד של מייסד הבטיחות הפוטוביולוגית של מקורות אור מלאכותיים, ד ר דיוויד ה. סלייני.

דיוויד ה.סלייני שימש במשך שנים רבות כמנהל חטיבה במרכז לקידום בריאות ורפואה מונעת של צבא ארה"ב והוביל פרויקטים של בטיחות פוטו-ביולוגית. בשנת 2007 סיים את שירותו ופרש. תחומי המחקר שלו מתמקדים בנושאים הקשורים לחשיפת UV לעיניים, קרינת לייזר ואינטראקציות רקמות, סכנות לייזר ושימוש בלייזרים ברפואה ובכירורגיה. דיוויד סליני שימש כחבר, יועץ ויו"ר של ועדות ומוסדות רבים שפיתחו תקני בטיחות להגנה מפני קרינה בלתי מייננת, בפרט לייזרים ומקורות קרינה אופטיים בעוצמה גבוהה אחרים (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP ו-ICNIRP).הוא היה שותף בכתיבת The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, ניו יורק, 1980. בין השנים 2008-2009, ד"ר דיוויד סליני כיהן כנשיא האגודה האמריקאית לפוטוביולוגיה.

העקרונות הבסיסיים שפיתח דיוויד סליני עומדים בבסיס המתודולוגיה המודרנית לבטיחות הפוטוביולוגית של מקורות אור מלאכותיים. דפוס מתודולוגי זה מועבר אוטומטית למקורות אור LED. זה העלה גלקסיה גדולה של עוקבים וסטודנטים שממשיכים להרחיב את המתודולוגיה הזו לתאורת LED. בכתביהם הם מנסים להצדיק ולקדם תאורת לד באמצעות סיווג סיכונים.

עבודתם נתמכת על ידי Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia ויצרני תאורת LED אחרים. כיום, תחום המחקר והניתוח האינטנסיבי של האפשרויות (והמגבלות) בתחום תאורת הלד כולל:

• סוכנויות ממשלתיות כגון משרד האנרגיה האמריקאי, משרד האנרגיה של RF;

• ארגונים ציבוריים כגון האגודה להנדסה מאירה של צפון אמריקה (IESNA), הברית להארה וטכנולוגיות של מצב מוצק (ASSIST), איגוד השמים הבין-לאומי (IDA) ו-NP PSS RF;

• היצרנים הגדולים ביותר Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia ו

היצרניות הרוסיות Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• וכן מספר מכוני מחקר, אוניברסיטאות, מעבדות: מרכז מחקר תאורה במכון הפוליטכני של Rensselaer (LRC RPI), המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST), מכון התקנים הלאומי האמריקאי (ANSI), וכן NIIIS im. AN Lodygin , VNISI אותם. סִי. ואבילוב.

מנקודת המבט של קביעת מינון עודף של אור כחול, העבודה "תאורת לד בטיחותית אופטית" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC נייר עמדה CELMA בטיחות אופטית LED lighting_Final_July2011) מעניינת. דו"ח אירופי זה משווה את הספקטרום של אור השמש עם מקורות אור מלאכותיים (מנורות ליבון, פלורסנט ו-LED) בהתאם לדרישת EN 62471. דרך הפריזמה של הפרדיגמה המודרנית של הערכה היגיינית, שקול את הנתונים המוצגים בדוח אירופאי זה על מנת לקבוע את הפרופורציה העודפת של אור כחול בספקטרום של מקור האור הלבן LED. באיור. 1 מציג את התבנית הספקטרלית של LED אור לבן, המורכב מגביש הפולט אור כחול וזרחן צהוב שבו הוא מצופה להפקת אור לבן.

באיור. 1. מצוינות גם נקודות ההתייחסות אליהן על השיננית לשים לב בעת ניתוח ספקטרום האור מכל מקור. מנקודת מבט זו, שקול את הספקטרום של אור השמש (איור 2).

האיור מראה כי בטווח של טמפרטורת צבע מ-4000 K ל-6500 K, נצפים התנאים של "צלב המלנופסין". בספקטרום האנרגיה של האור, המשרעת (A) ב-480 ננומטר חייבת להיות תמיד גדולה מהמשרעת ב-460 ננומטר ו-450 ננומטר.

יחד עם זאת, המינון של אור כחול 460 ננומטר בספקטרום של אור השמש עם טמפרטורת צבע של 6500 K גבוה ב-40% מזה של אור שמש עם טמפרטורת צבע של 4000 K.

ההשפעה של "צלב המלנופסין" נראית בבירור מהשוואה של הספקטרום של מנורות ליבון ומנורות LED עם טמפרטורת צבע של 3000 K (איור 3).

שיעור העודף של אור כחול בספקטרום של ספקטרום LED ביחס לשיעור האור הכחול בספקטרום של מנורת ליבון עולה על יותר מ-55%.

בהתחשב באמור לעיל, הבה נשווה את אור השמש ב-Tc = 6500 K (6500 K היא טמפרטורת הצבע המגבילה לרשתית לפי דיוויד סליני, ולפי תקנים סניטריים היא פחות מ-6000 K) עם הספקטרום של מנורת ליבון Tc = 2700 K והספקטרום של מנורת LED עם Tc = 4200 K ברמת תאורה של 500 לוקס. (איור 4).

האיור מציג את הדברים הבאים:

- למנורת LED (Tc = 4200 K) יש פליטה של 460 ננומטר יותר מאור השמש (6500 K);

- בספקטרום האור של מנורת LED (Tc = 4200 K), הטבילה ב-480 ננומטר גדולה בסדר גודל (פי 10) מאשר בספקטרום של אור השמש (6500 K);

- בספקטרום האור של מנורת LED (Tc = 4200 K), הטבילה גדולה פי 480 ננומטר מאשר בספקטרום האור של מנורת ליבון (Tc = 2700 K).

ידוע כי תחת תאורת LED, קוטר אישון העין חורג מערכי הגבול - 3 מ"מ (שטח 7 מ"מ) על פי GOST R IEC 62471-2013 "מערכות מנורות ומנורות. בטיחות פוטוביולוגית".

מהנתונים המוצגים באיור 2, ניתן לראות שהמינון של אור כחול 460 ננומטר בספקטרום של אור השמש עבור טמפרטורת צבע של 4000 K קטן בהרבה מהמינון של אור כחול 460 ננומטר בספקטרום של אור השמש בשעה טמפרטורת צבע של 6500 K.

מכאן נובע שהמינון של אור כחול 460 ננומטר בספקטרום של תאורת LED עם טמפרטורת צבע של 4200 K יעלה משמעותית (ב-40%) מהמינון של אור כחול 460 ננומטר בספקטרום של אור השמש עם טמפרטורת צבע של 4000 K באותה רמת תאורה.

ההבדל הזה בין המינונים הוא המינון העודף של אור כחול תחת תאורת LED ביחס לאור השמש עם אותה טמפרטורת צבע ורמת תאורה נתונה. אבל יש להוסיף למינון זה מנה של אור כחול מהשפעת שליטה לא מספקת של האישון בתנאי תאורת LED, תוך התחשבות בחלוקה הלא אחידה של פיגמנטים הסופגים אור כחול של 460 ננומטר בנפח ובשטח. זהו מינון מופרז של אור כחול שמוביל להאצה של תהליכי השפלה המגבירים את הסיכונים לליקוי ראייה מוקדם בהשוואה לאור השמש, כל שאר הדברים שווים (רמת תאורה נתונה, טמפרטורת צבע ועבודה יעילה של הרשתית המקולרית, וכו.)

תכונות פיזיולוגיות של מבנה העין, המשפיעות על התפיסה הבטוחה של האור

מעגל ההגנה על הרשתית נוצר באור השמש. עם הספקטרום של אור השמש, ישנה שליטה נאותה על קוטר האישון של העין לסגירה, מה שמוביל לירידה במינון אור השמש המגיע לתאי הרשתית. קוטר האישון אצל מבוגר נע בין 1.5 ל-8 מ מ, מה שמספק שינוי בעוצמת האור הנכנס על הרשתית בכ-30 פעמים.

ירידה בקוטר האישון של העין מובילה לירידה באזור הקרנת האור של התמונה, שאינה עולה על שטח "הנקודה הצהובה" במרכז הרשתית. ההגנה על תאי הרשתית מאור כחול מתבצעת על ידי הפיגמנט המקולרי (עם ספיגה מקסימלית של 460 ננומטר) ולהיווצרותו יש היסטוריה אבולוציונית משלו.

ביילודים, אזור המקולה בצבע צהוב בהיר עם קווי מתאר לא ברורים.

מגיל שלושה חודשים מופיע רפלקס מקולרי ועוצמת הצבע הצהוב פוחתת.

עד שנה, רפלקס foveolar נקבע, המרכז נעשה כהה יותר.

עד גיל שלוש עד חמש שנים, הגוון הצהבהב של האזור המקולרי כמעט מתמזג עם הגוון הוורוד או האדום של אזור הרשתית המרכזית.

האזור המקולרי בילדים מגיל 7-10 שנים ומעלה, כמו אצל מבוגרים, נקבע על פי אזור הרשתית המרכזית של אווסקולרית ורפלקסי האור. המושג "כתם מקולרי" עלה כתוצאה מבדיקה מקרוסקופית של עיניים גוויות. בהכנות מישוריות של הרשתית, נראה כתם צהוב קטן. במשך זמן רב, ההרכב הכימי של הפיגמנט שמכתים אזור זה של הרשתית לא היה ידוע.

נכון להיום בודדו שני פיגמנטים - לוטאין ואיזומר הלוטאין זאקסנטין, הנקראים פיגמנט מקולרי, או פיגמנט מקולרי. רמת הלוטאין גבוהה יותר במקומות עם ריכוז גבוה יותר של מוטות, רמת הזאקסנטין גבוהה יותר במקומות של ריכוז גבוה יותר של קונוסים. לוטאין וזאקסנטין שייכים למשפחת הקרוטנואידים, קבוצה של פיגמנטים צמחיים טבעיים. מאמינים כי ללוטאין יש שני תפקידים חשובים: ראשית, הוא סופג אור כחול המזיק לעיניים; שנית, זהו נוגד חמצון, חוסם ומסיר מיני חמצן תגובתיים שנוצרו בהשפעת האור. תכולת הלוטאין והזאקסנטין במקולה מפוזרת בצורה לא אחידה על פני השטח (מקסימום במרכז, ופי כמה פחות בקצוות), מה שאומר שההגנה מפני אור כחול (460 ננומטר) היא מינימלית בקצוות. עם הגיל, כמות הפיגמנטים יורדת, הם אינם מסונתזים בגוף, ניתן להשיגם רק מהמזון, כך שהיעילות הכוללת של ההגנה מפני אור כחול במרכז המקולה תלויה באיכות התזונה.

ההשפעה של בקרת תלמידים לא מספקת

באיור. 5. היא תכנית כללית להשוואת הקרנות של נקודת האור של מנורת הלוגן (הספקטרום קרוב לספקטרום השמש) לבין מנורת LED. עם תאורת LED, אזור ההארה גדול יותר מאשר במנורת הלוגן.

ההבדל באזורי ההארה המוקצים משמש לחישוב מינון נוסף של אור כחול מהשפעת שליטה לא מספקת של האישון בתנאי תאורת LED, תוך התחשבות בהתפלגות לא אחידה של פיגמנטים שסופגים אור כחול של 460 ננומטר בנפח ובשטח. הערכה איכותית זו של הפרופורציה העודפת של אור כחול בספקטרום של נוריות לד לבנות יכולה להפוך לבסיס מתודולוגי להערכות כמותיות בעתיד. אם כי מכאן ברורה ההחלטה הטכנית על הצורך למלא את הפער באזור של 480 ננומטר עד לרמת ביטול השפעת "צלב מלנופסין". פתרון זה התגבש בצורה של תעודת ממציא (מקור אור LED לבן עם קונווקטור פוטו-לומינסנטי מרחוק משולב. פטנט מס' 2502917 מיום 2011-12-30.). זה מבטיח את העדיפות של רוסיה בתחום של יצירת מקורות אור לבן LED עם ספקטרום הולם מבחינה ביולוגית.

למרבה הצער, המומחים של משרד התעשייה והמסחר של הפדרציה הרוסית אינם מברכים על הכיוון הזה, וזו הסיבה שלא לממן עבודה בכיוון זה, הנוגעת לא רק לתאורה כללית (בתי ספר, בתי חולים ליולדות וכו'), אלא גם תאורה אחורית של מסכים ופנסי רכב.

בתאורת LED מתרחשת שליטה לא מספקת בקוטר אישון העין, מה שיוצר תנאים לקבלת מינון עודף של אור כחול, המשפיע לרעה על תאי הרשתית (תאי הגנגליון) וכלי הדם שלה. ההשפעה השלילית של מינון עודף של אור כחול על מבנים אלה אושרה על ידי עבודות המכון לפיזיקה ביוכימית. נ.מ. עמנואל RAS ו-FANO.

ההשפעות שזוהו לעיל של שליטה לא מספקת בקוטר אישון העין חלות על מנורות פלורסנט וחיסכון באנרגיה (איור 6). במקביל, ישנו שיעור מוגבר של אור UV ב-435 ננומטר ("בטיחות אופטית של תאורת LED" CELMA - ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA נייר עמדה בטיחות אופטית LED תאורת_Final_July2011)).

במהלך ניסויים ומדידות שבוצעו בבתי ספר בארה ב, כמו גם בבתי ספר רוסים (מכון המחקר להיגיינה והגנת הבריאות של ילדים ומתבגרים, SCCH RAMS), נמצא כי עם ירידה בטמפרטורת הצבע המתואמת של מלאכותי מקורות אור, קוטר אישון העין גדל, מה שיוצר את התנאים המוקדמים לחשיפה שלילית לאור כחול על תאים וכלי דם ברשתית. עם עלייה בטמפרטורת הצבע בקורלציה של מקורות אור מלאכותיים, קוטר אישון העין יורד, אך אינו מגיע לערכי קוטר האישון באור השמש.

מינון מופרז של אור כחול UV מוביל להאצה של תהליכי השפלה המגבירים את הסיכונים לליקוי ראייה מוקדם בהשוואה לאור השמש, כל שאר הדברים שווים.

מינון מוגבר של כחול בספקטרום של תאורת LED משפיע על בריאות האדם ועל תפקוד הנתח החזותי, מה שמגביר את הסיכונים לנכות בראייה ובבריאות בגיל העבודה.

הרעיון של יצירת מקורות אור מוליכים למחצה עם אור מתאים מבחינה ביולוגית

בניגוד לשמרנות של מומחים ממשרד התעשייה והמסחר של הפדרציה הרוסית ומרכז החדשנות של סקולקובו, הרעיון של יצירת מקורות אור לבן מוליכים למחצה עם אור מתאים מבחינה ביולוגית המטופחים על ידי מחברי המאמר זוכה לתמיכה בכל רחבי העולם עוֹלָם. לדוגמה, ביפן, Toshiba Material Co., LTD יצרה נוריות LED באמצעות טכנולוגיית TRI-R (איור 7).

שילוב כזה של גבישים סגולים וזרחנים מאפשר לסנתז נורות LED עם ספקטרום קרוב לספקטרום של אור השמש עם טמפרטורות צבע שונות, ולבטל את החסרונות לעיל בספקטרום LED (גביש כחול מצופה בזרחן צהוב).

באיור. שמונה.מציג השוואה של ספקטרום אור השמש (TK = 6500 K) עם הספקטרום של נורות LED באמצעות טכנולוגיית וטכנולוגיה TRI-R (גביש כחול מצופה בזרחן צהוב).

מניתוח הנתונים שהוצגו ניתן לראות כי בספקטרום האור הלבן של נורות לד בטכנולוגיית TRI-R, הפער ב-480 ננומטר מתבטל ואין מינון כחול עודף.

לכן, עריכת מחקר לזיהוי מנגנוני השפעת האור של ספקטרום מסוים על בריאות האדם היא משימה ממלכתית. התעלמות ממנגנונים אלו מובילה לעלויות של מיליארדי דולרים.

מסקנות

הכללים התברואתיים מתעדים נורמות ממסמכי תאורה נורמטיביים טכניים, על ידי תרגום תקנים אירופאים. תקנים אלה נוצרים על ידי מומחים שאינם תמיד עצמאיים ומבצעים מדיניות טכנית לאומית משלהם (עסקים לאומיים), שלעתים קרובות אינה עולה בקנה אחד עם המדיניות הטכנית הלאומית של רוסיה.

עם תאורת LED, מתרחשת שליטה לא מספקת בקוטר אישון העין, מה שמטיל ספק בנכונות ההערכות הפוטוביולוגיות על פי GOST R IEC 62471-2013.

המדינה לא מממנת מחקרים מתקדמים על השפעת הטכנולוגיה על בריאות האדם, וזו הסיבה שהניקיונים נאלצים להתאים את הנורמות והדרישות לטכנולוגיות שמקדמים עסקי טכנולוגיות העברה.

פתרונות טכניים לפיתוח מנורות LED ומסכי PC צריכים לקחת בחשבון את הבטחת בטיחות העיניים ובריאות האדם, לנקוט באמצעים לביטול השפעת "צלב המלנופסין", המתרחשת עבור כל מקורות האור החוסכים באנרגיה ותאורה אחורית הקיימים כיום. של התקני הצגת מידע.

תחת תאורת LED עם נוריות לבנים (גביש כחול וזרחן צהוב), שיש להם פער בספקטרום ב-480 ננומטר, יש שליטה לא מספקת בקוטר אישון העין.

עבור בתי חולים ליולדות, מוסדות ילדים ובתי ספר, יש לפתח מנורות בעלות ספקטרום אור ביולוגי הולם, תוך התחשבות במאפייני הראייה של ילדים, ולעבור אישור היגייני חובה.

מסקנות בקצרה מהעורך:

1. נורות לד פולטות בבהירות רבה בכחול וליד אזורי UV וחלשה מאוד בכחול.

2. העין "מודדת" את הבהירות על מנת להצר את האישון ברמה של צבע לא כחול, אלא כחול, שנעדר כמעט בספקטרום של נורית LED לבנה, לכן, העין "חושבת" שהוא כהה. פותח את האישון לרווחה יותר, מה שמוביל לכך שהרשתית קולטת פי הרבה יותר אור (כחול ו-UV) מאשר בהארה בשמש, והאור הזה "שורף" את התאים הרגישים לאור של העין.

3. במקרה זה, עודף של אור כחול בעין מוביל להידרדרות בבהירות התמונה. נוצרת תמונה עם הילה על הרשתית.

4. עין הילדים היא בסדר גודל יותר שקופה לכחול מזו של קשישים, לכן תהליך ה"שריפה" אצל ילדים הוא אינטנסיבי פי כמה.

5. ואל תשכח שנורות לד הם לא רק תאורה, אלא עכשיו כמעט כל המסכים.

אם ניתן תמונה אחת נוספת, אז נזק לעיניים מנורות לד דומה לעיוורון בהרים, הנובע מהשתקפות UV משלג ומסוכן יותר רק במזג אוויר מעונן.

נשאלת השאלה, מה לעשות למי שכבר יש לו תאורת לד, כרגיל, מנורות לד ממקור לא ידוע?

שתי אפשרויות עולות בראש:

1. הוסף תאורה נוספת של אור כחול (480 ננומטר).

2. שימו פילטר צהוב על המנורות.

אני אוהב יותר את האפשרות הראשונה, כי יש במבצע פסי LED כחולים (תכלת) עם קרינה של 475 ננומטר. כיצד ניתן לבדוק מהו אורך הגל בפועל?

האפשרות השנייה "תאכל" חלק מהאור והמנורה תהיה עמומה יותר, ויתרה מכך, גם לא ידוע איזה חלק מהכחול נסיר.