Energía mínima requerida para que el parpadeo del LED sea visible

Entonces, amigos, hice el experimento.

La configuración fue de dos LED de 5 mm (no estoy seguro de qué tipo es exactamente, pero lo más probable es que tengan 60 grados de distribución de luz y 40 mcd de luz máxima; aún así no obtuve la forma en que miden esta intensidad): rojo con resistencia de la serie de 330 ohmios y verde con 160. Ambos con alimentación de 5 V y microcontrolador AVR.

Con esta configuración pude ver el parpadeo tan corto como 1 us para verde y 2 para LED rojo. Debo señalar que estaba en una habitación bien iluminada, pero puse mis palmas alrededor de los LED para hacer un pozo de 3 pulgadas de profundidad alrededor de los LED. Miré directamente a los LED y esperaba el parpadeo. Entonces, esta luz definitivamente no es suficiente para notar el parpadeo si no estás esperando una.

El actual se puede estimar en 3.8 Volts / 330 Ohms = 11,5 mA para rojo y 23 mA para verde.

Por lo tanto, la potencia eléctrica es de 11,5 mAmps * 1,2 voltios = 14 mW para el rojo y 28 mW para el verde.

Secuencialmente, el parpadeo de energía eléctrica fue tan bajo como 28 nJ (nano Joules !!!) en ambos casos. ¡Lo cual es aproximadamente diez veces más de lo que espero gastar en un abrir y cerrar de ojos!

Lo pruebo con mi esposa y mi hija de 7 años. Lo mismo.

Con respecto a la distribución de energía en función del tiempo:

Desafortunadamente, no pude cambiar las resistencias, así que hice solo una cosa: puse el LED en un modo de luz constante con 1% de PWM. Y no noté ninguna diferencia si cambio la frecuencia (1 parpadeo cada 100 nos ilumina igual que 100 parpadeos cada 10 ms). Esto no es exactamente lo que necesito, pero parece que no es un gran problema cómo distribuiré el poder a tiempo.

Con respecto a la sensibilidad de las diferentes áreas de un ojo : pude ver el parpadeo solo si miro exactamente en los LED. Si cambio un poco el eje de la vista, no pude ver nada. Lo mismo que noté con iluminación constante.

Wikipedia sugiere algo del orden de 100 fotones para lograr una respuesta visible en las condiciones más ideales.

La energía en un fotón se puede calcular por:

$$ E = {hc \ over \ lambda} $$

Donde:

• h es la constante de Planck, aproximadamente 6.6 × 10 ⁻³⁴ J⋅s,
• c es la velocidad de la luz, aproximadamente 3 × 10 ⁸ m / s, y
• λ es la longitud de onda del fotón.

Las células de la varilla del ojo humano son más sensibles a una longitud de onda de 510 nm . Entonces, la energía de esos fotones es de aproximadamente 3.9 × 10 ⁻¹⁹ julios por fotón.

Multiplique eso por los aproximadamente 100 fotones requeridos para la detección por un ojo humano, y obtendrá 3.9 × 10 ⁻¹⁷ julios. Por la ley de conservación de la energía, necesitará como mínimo esta cantidad de energía eléctrica para hacer que cualquier cosa sea visible.

Por supuesto, los LED no son 100% eficientes. No todos los colores tienen la misma eficacia luminosa , por lo que puede ser que el LED más eficiente para hacer que la luz visible por el hombre no sea T necesariamente en la longitud de onda donde el ojo es más sensible. Dejaré esa investigación como un ejercicio, y digamos que un LED tiene una eficacia luminosa del 25%. Eso aumenta la energía requerida por un factor de cuatro, para:

1.6 × 10 ⁻¹⁶ joules

Es decir, según mi estimación aproximada, la energía mínima absoluta requerida para registrar una respuesta visual con un LED en un humano.

Tiene órdenes de magnitud más energía almacenada en su capacitor, por lo que en condiciones de ideal , es probable que pueda registrar una respuesta visual incluso después de tener en cuenta las ineficiencias en la obtención de energía del capacitor en el LED. .

Por supuesto, en la práctica, la sala no estará perfectamente oscura, el espectador no estará aclimatado de manera ideal y la luz del LED no se enfocará en un lugar diminuto. Por lo que puede requerir más energía. Quizás mucho más.

Para obtener algunos buenos consejos sobre cómo encender un LED con poca energía, busque el LM3909 LED intermitente chip . Observe cómo "apila" el voltaje de la tapa con el voltaje de una celda de 1.5V para obtener suficiente voltaje directo para el LED.

Un chip normalmente utiliza un condensador en el rango de decenas de µF (no de decenas de nF) con este chip para producir un destello muy visible en un LED de eficiencia moderada. Yo estimaría que esto proporcionó unos 50 µJ por flash, por lo que es probable que tenga un orden de magnitud o dos por debajo de donde necesita estar.

Es posible que pueda obtener un parpadeo visible (en la iluminación de la oficina, con algo de atención prestada a la óptica para aumentar el contraste) con 100 ms de corriente de 30 uA.

No hay ningún punto en particular para reducir la duración del parpadeo por debajo de unos 100 ms. Por lo general, la eficiencia del LED no será mejor con una corriente más alta y el ojo verá la misma energía que con el mismo brillo. Un pulso de 100us aparecerá tan brillante como un pulso de 100 ms con 1/1000 de la corriente, por lo que se parece más al equivalente de 300 nA.

Eso podría ser visible con un buen LED, ojos ajustados a la oscuridad y en una habitación oscura.