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Este artigo foi publicado na edição de novembro/dezembro de 2011 da Revista LEDs.
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A parte um desta série de três partes forneceu uma visão geral dos perigos potenciais para o corpo humano colocados pela exposição à radiação óptica, e o desenvolvimento de normas internacionais para avaliar a segurança fotobiológica de fontes não laser. Aqui, uma abordagem mais prática é adotada, ao considerar os detalhes finos da avaliação da fonte e a implementação de padrões de segurança na Europa e no resto do mundo.
Escopo do IEC62471:2006
A norma IEC62471:2006 “Segurança Fotobiológica de Lâmpadas e Sistemas de Lâmpadas” fornece orientação para a avaliação da segurança fotobiológica de todas as fontes de radiação óptica com energia elétrica, não laser, emitindo na faixa espectral 200-3000 nm, quer a emissão de luz seja ou não a principal finalidade do produto. A inclusão de LEDs no âmbito desta norma é especificamente mencionada para destacar a remoção de LEDs do âmbito da norma laser, IEC60825.
Os potenciais perigos de exposição à pele, às superfícies frontais do olho (córnea, conjuntiva e lente) e à retina são avaliados através da consideração de seis perigos específicos em relação aos limites de exposição (ELs) previstos para uma duração de exposição de oito horas, tomadas como um dia útil. A norma não considera os efeitos potenciais da exposição prolongada, nem da fotossensibilidade anormal.
No caso de perigos para a pele e superfícies frontais do olho, é suficiente levar em conta a quantidade de luz incidente na superfície em questão. No entanto, para considerar os perigos para a retina, é necessário ter em conta as propriedades de imagem do olho. Daí a necessidade de duas medidas distintas: irradiação e radiância.
TÁBULO 1. Diferentes perigos requerem a medição tanto da irradiância como da radiância. (Cruz = Função de ponderação necessária.)
A norma fornece orientações específicas sobre as condições geométricas sob as quais estas medições devem ser feitas para levar em conta fenômenos biofísicos, tais como o efeito dos movimentos oculares na irradiação da retina. A gama espectral sobre a qual a radiação deve ser considerada é reduzida para 300-1400 nm, uma vez que a retina está essencialmente protegida fora desta gama, devido às características de transmissão da lente. A tabela 1 indica a medida necessária (radiância ou irradiância) para diferentes perigos.
Medição da irradiância
Irradiância permite a avaliação dos perigos para a pele e para as superfícies frontais dos olhos. Irradiância é definida como a razão de potência radiante (dF) incidente sobre um elemento de uma superfície, para a área (dA) desse elemento (Fig. 1). Seu símbolo é E e suas unidades são W/m2.
Irradiância contabiliza a chegada da luz a uma superfície de todo o hemisfério acima. No entanto, devido à sua posição em relação à ponte e ao nariz, o olho está protegido da radiação de grande ângulo. No âmbito desta norma, a medição da irradiância em todos os casos, excepto no caso do risco térmico cutâneo, é realizada num ângulo de aceitação de 1,4-radianos. A luz emitida por uma fonte fora deste ângulo de aceitação não precisa ser medida.
Na medição da irradiância, a óptica de medição, tipicamente um difusor ou uma esfera integradora, deve ter uma resposta angular co-seno para contabilizar corretamente as contribuições fora do eixo. A um determinado ângulo da superfície normal, a área projectada na superfície é aumentada pelo cosseno do referido ângulo, resultando numa irradiância reduzida.
O conhecimento da irradiância da fonte não dá, contudo, qualquer informação sobre a quantidade de luz acoplada pelo olho e imitada na retina, para a qual é necessária uma medição da radiância.
Medição da radiância
A irradiância permite a avaliação dos perigos para a retina. A radiância é definida como a relação da potência radiante (dF) emitida pela área dA em ângulo sólido dΩ no ângulo q para a fonte normal, para o produto do ângulo sólido dΩ e para a área projectada dA∙cos q (Fig. 2). O símbolo é L e as unidades são W/m2sr.
FIG. 2. Definição de radiância.
Na visualização de uma fonte, o olho recolhe a luz dentro de um determinado ângulo sólido definido pelo diâmetro da pupila, e projecta uma imagem da fonte sobre a retina. À medida que a pupila se dilata (ou contrai) de acordo com o nível de estímulo visual, ou luminância, da fonte, a irradiação da retina da imagem aumenta (ou diminui).
A lei da conservação da radiância afirma que a radiância não pode ser aumentada por sistemas ópticos passivos, tais como a lente do olho. A irradiância da retina é portanto determinada a partir da radiância da fonte e do ângulo sólido subtendido pela pupila (2-7 mm de diâmetro) na retina (17 mm de distância) no reverso da determinação da irradiância a partir da irradiância, dada abaixo.
>Radiance pode ser medida de duas maneiras, utilizando uma técnica de imagem ou indirectamente através de uma medição da irradiância. Em ambos os casos, a medição é realizada em um campo de visão específico (FOV) ou ângulo sólido de aceitação (muitas vezes descrito por um ângulo plano, q) que define a área da fonte medida.
A técnica de imagem (Fig. 3) replica a imagem do olho. Uma imagem telescópica a fonte em teste em um plano no qual podem ser colocadas aberturas de diâmetro variável para selecionar o FOV de medição requerido.
FIG. 3. Medição da radiância: técnica de imagem.
Alternativamente, pode ser realizada uma medição da irradiância com uma óptica de entrada co-corrigida (Fig. 4). Uma abertura é colocada diretamente na fonte para definir a medida FOV. A radiância é calculada a partir da relação de irradiância para o ângulo sólido do FOV em esterradianos.
Radiância fisiológica
Para visualização momentânea, a imagem retiniana de uma fonte subtrai o mesmo ângulo que a fonte. A menor imagem formada na retina, conforme IEC62471, tem uma extensão angular de 1,7 mrad, dado o desempenho imperfeito da imagem do olho.
FIG. 4. Medida da radiância: técnica indirecta.
Com o aumento do tempo de exposição, devido ao movimento ocular (sacadas) e ao movimento determinado pela tarefa, a imagem da retina é manchada numa área maior da retina, resultando numa redução correspondente da irradiação da retina. Uma função dependente do tempo é definida para representar a propagação da imagem da retina na faixa de 1,7 a 100 mrad. Isto cobre a faixa de 0,25s (tempo de resposta à aversão) a 10.000s de exposição.
No contexto da segurança fotobiológica, a medição da radiância é realizada de forma a refletir este fenômeno, ou seja, o FOV de medição é escolhido para contabilizar a luz que cai dentro de uma determinada área da retina. A medida FOV segue portanto a mesma dependência temporal, de 1,7 a 100 mrad, independentemente do tamanho da fonte medida.
A quantidade medida é mais precisamente denominada de radiância fisiológica do que de radiância verdadeira que, por definição, apenas amostra a área emissora da fonte (Fig. 5). Quando a radiância fisiológica é medida num FOV maior do que o ângulo subtendido pela fonte, a radiância resultante é uma média da radiância verdadeira da fonte e do fundo escuro. Além disso, como o sub-tenso angular de uma fonte varia com a distância, a radiância fisiológica, ao contrário da radiância verdadeira, é uma função da distância de medição.
FIG. 5. Em cada par de imagens, os círculos vermelhos mostram os campos de medição da radiância verdadeira (esquerda) e da radiância fisiológica (direita). Para medições de radiância verdadeira, o círculo abrange apenas a área emissora de luz, enquanto a radiância fisiológica é uma média da radiância verdadeira da fonte e do fundo escuro.
Influência espectral
No acima, foi feita referência à irradiância e à radiância fisiológica sem considerar o espectro da fonte, o que é claramente muito importante dentro do contexto desta norma. Estas quantidades devem, na prática, ser avaliadas em cada comprimento de onda com um monocromador. Isto produz irradiância espectral e radiância fisiológica espectral. Os espectros resultantes devem ser ponderados, quando necessário, contra funções de ponderação de perigo para levar em conta a forte dependência do comprimento de onda de três dos perigos considerados (Fig. 6). O resultado deve ser integrado na faixa de comprimento de onda requerida antes da comparação com ELs.
Distância de medição
A distância na qual uma fonte deve ser avaliada depende da sua aplicação pretendida. Dois cenários de exposição são considerados; serviço de iluminação geral (GLS) e todas as outras aplicações (não-GLS).
A presente definição de GLS é ambígua, mas refere-se a produtos acabados que emitem luz branca e que se destinam a espaços iluminados. A avaliação deve ser relatada, não necessariamente medida, a uma distância em que a fonte produz uma iluminação de 500 lux. Esta distância pode ser inferior a um metro para luminárias domésticas, mas muitos metros para iluminação pública, por exemplo.
FIG. 6. As funções de ponderação de perigo usadas pelo IEC62471.
Medições de irradiação podem ser realizadas a uma distância conveniente e escalonadas para 500 lux. Entretanto, a radiância fisiológica, que depende do subtenso da fonte em relação ao FOV aplicável, deve ser realizada na distância correta.
A razão para a condição de 500 lux é arbitrária e um osso de discórdia dentro da indústria de iluminação, uma vez que isto, em muitos casos, não representa um cenário de exposição realista. Na próxima parte deste artigo, devemos considerar como esta questão está sendo atualmente abordada.
As fontes não-GLS devem ser medidas a uma distância de 200 mm da fonte (aparente). Esta distância representa o ponto próximo do olho humano. A distâncias menores que 200 mm, a imagem da retina está fora de foco, resultando em menor irradiação da retina.
Aqui, o conceito de fonte aparente é importante. Onde uma lente é usada para colimar a saída de um LED, uma imagem virtual ampliada é produzida atrás do chip. A distância de medição de 200 mm deve ser tomada em relação a esta fonte aparente, uma vez que é esta que as imagens oculares.
A medição a 200 mm pode representar uma pior condição de exposição para a retina. Contudo, este não é o caso para a pele e superfícies frontais do olho onde a distância de exposição pode estar mais próxima. Esta última eventualidade ainda não foi considerada nesta norma, para a qual a principal preocupação são os danos agudos na retina.
Comparação com ELs
ELs são fornecidos em termos de fluxo radiante para riscos térmicos ou energia (fluxo radiante multiplicado pelo tempo) para riscos fotoquímicos: um resultado de irradiação medido pode ser comparado directamente com o primeiro, e um tempo de exposição obtido para o segundo. Este procedimento não se aplica à medição da radiância, para a qual o FOV de medição depende do tempo.
Um teste de aprovação/reprovação é, portanto, aplicado aos perigos da retina com base em medições em FOVs correspondentes aos tempos mínimos de exposição do sistema de classificação por sua vez, começando pelo grupo de risco isento. Quando a radiância resultante excede a radiância máxima permitida para um determinado grupo de risco, o próximo grupo de risco é testado. A avaliação detalhada dos perigos da retina é um pouco mais complicada, pois o tamanho da fonte e o nível de estímulo visual devem ser levados em consideração para determinar quais ELs devem ser aplicados.
Classificação
Como descrito na parte 1 desta série de artigos, um sistema de classificação, baseado no tempo mínimo de exposição antes que o EL seja excedido, é definido variando de isento (sem risco) ao grupo de risco 3 (RG3; alto risco). A irradiância limite (radiância) de cada grupo de risco pode então ser determinada, e a irradiância medida (radiância) pode ser comparada contra estes limites.
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Labeling
IEC62471 é pretendido como um padrão horizontal, e como tal não inclui requisitos de fabricação ou de segurança do usuário que podem ser necessários como resultado de um produto ser atribuído a um grupo de risco particular. Tais requisitos de segurança variam de acordo com a aplicação, e devem ser tratados em normas verticais, baseadas no produto. Entretanto, a IEC TR 62471-2 fornece algumas orientações adicionais sobre a medição e fornece uma recomendação de rotulagem para cada grupo de perigo e risco (Fig. 7).
FIG. 7. Exemplo de etiqueta de acordo com a IEC TR 62471-2.
Implementação da IEC62471 na Europa
Na União Europeia, a marcação CE demonstra a segurança do produto através da conformidade com a directiva relevante aplicável da UE, como a directiva de baixa tensão (DBT), através da aplicação das normas europeias Norme (EN) harmonizadas com a directiva em consideração. Embora a conformidade com estas normas EN não seja obrigatória, ela fornece presunção de conformidade com os requisitos essenciais de saúde e segurança da diretiva considerada.
A radiação óptica é especificamente considerada sob os termos da DBT. Isto é aplicável a produtos elétricos operando em tensões de 50-1000V AC. A adopção europeia da IEC62471, nomeadamente da EN62471:2008, está harmonizada com a DBT.
A partir de 1 de Setembro de 2011, a avaliação dos LEDs em relação à norma laser (IEC60825) deixa de permitir a presunção de conformidade com os requisitos essenciais de saúde e segurança da DBT.
A partir de Abril de 2010, entrou em vigor a directiva da UE sobre radiação óptica artificial (AORD), 2006/25/CE. Esta adopta limites de exposição ligeiramente diferentes dos da IEC62471. Por uma questão de consistência, a EN62471 adopta os limites de exposição da AORD e é a norma a ser utilizada para avaliar a exposição dos trabalhadores a fontes de radiação óptica que não sejam laser.
Tão relevante para os LEDs é a directiva da UE relativa à Segurança dos Brinquedos, à qual está harmonizada a EN62115 “Segurança dos brinquedos eléctricos”. Esta norma referenciou no passado a norma laser (EN60825) para a classificação dos LEDs. Está actualmente em revisão, mas espera-se que seja feita referência à EN 62471 onde as medições são necessárias.
Finalmente, onde os produtos não são abrangidos pelas directivas LVD ou brinquedos, também deve ser considerada a directiva geral de segurança dos produtos, para a qual poucas normas estão especificamente harmonizadas, mas para a avaliação de fontes de luz não laser, a EN62471 é a norma EN relevante.
Implementação da IEC62471 no ROW
Embora muitos organismos de normalização em todo o mundo estejam a considerar a adopção da IEC62471, poucos ainda emitiram normas nacionais e muito menos um quadro legal para tornar os testes obrigatórios. Da atividade vista, muito está relacionado à indústria de iluminação, para a qual existe uma estrutura de padronização bem definida e em desenvolvimento ativo para acomodar iluminação de estado sólido.
A China está atualmente sozinha, tendo implementado formalmente uma norma voluntária – GB/T 20145-2006 – com o Japão devendo publicar o JIS C 7550 em novembro de 2011.
Alguns países, como Austrália e Nova Zelândia, estão atualmente trabalhando na adoção do IEC62471 como uma norma voluntária. Outro grupo (por exemplo, Hong Kong, República da Coreia) está presentemente satisfeito com a referência ao IEC62471 numa base voluntária, enquanto outros (por exemplo, o Canadá) estão na fase de considerar a implementação e potenciais regulamentações.
Finalmente, nos EUA, onde existe a ANSI RP27.1 como norma voluntária, não existe actualmente nenhum requisito obrigatório para a avaliação de fontes não laser. No entanto, após uma reunião em agosto de 2011 do painel técnico de normas da UL/ANSI 8750 “Light Emitting Diode (LED) Equipment for Use in Lighting Products”, foi formado um grupo de trabalho para considerar a implementação de normas de segurança fotobiológica para os produtos de iluminação abrangidos por esta norma UL.
Parte 3 desta série de artigos irá discutir a implementação da IEC62471 para os dispositivos LED de hoje, e o seu potencial desenvolvimento futuro. Também será mostrado que o IEC62471 não permanece desconhecido para o mundo, principalmente através da implementação do IECEE CB internacional e numerosos outros esquemas de certificação.
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Os produtos baseados em LED devem cumprir as normas de segurança fotobiológica: parte 1
Os produtos baseados em LED devem cumprir as normas de segurança fotobiológica: parte 3
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