激光雷达的安全性评估

激光雷达的安全性评估

1. 国际安全标准

激光产品的安全性受国际标准约束，主要包括：

• IEC 60825-1：国际电工委员会激光安全标准，将激光分为以下等级：
  • Class 1：对人眼安全，即使长时间直视也无害。
  • Class 1M：安全，但通过光学仪器（如望远镜）可能有害。
  • Class 2/3/4：不同程度的风险，需防护措施。
• ANSI Z136：美国激光安全标准，类似IEC，强调最大允许暴露（MPE）限值。
• FDA 21 CFR 1040：美国食品药品监督管理局对激光产品的监管，要求商用LiDAR为Class 1。

现状：大多数商用激光雷达（如Hesai、Ouster、Aeva）设计为Class 1，通过以下措施确保安全性：

• 低功率激光（<1 mW/cm²）。
• 脉冲式发射（纳秒级），减少累积暴露。
• 1550纳米波长，降低视网膜损伤风险。
• 束发散设计，远距离降低能量密度。

2. 潜在危害分析

尽管商用LiDAR通常为Class 1，潜在危害仍需关注：

• 905纳米LiDAR：
  • 优点：成本低，技术成熟，广泛用于机器人、割草机等。
  • 风险：波长接近可见光，视网膜吸收率高。若功率密度超过MPE（约0.7 mW/cm²，IEC标准），可能引发轻微视网膜损伤，尤其在近距离（<1米）直视时。
• 1550纳米LiDAR：
  • 优点：安全性高，眼球前部吸收，视网膜损伤风险极低。适合高功率应用（如无人机、安防）。
  • 风险：高功率系统（如军用LiDAR）若设计不当，可能引发角膜或晶状体热损伤，但概率低。
• 环境因素：
  • 反射表面（如镜面、玻璃）可能聚焦激光束，增加局部功率密度。
  • 长期暴露（如交通管理中的路侧LiDAR）可能导致累积效应，需进一步研究。
• 非预期故障：激光器故障或光学系统损坏可能导致功率超标，增加风险。

学术研究：

• 研究表明，Class 1 LiDAR在正常使用下对人眼无害（《Optics Express》，2020）。905纳米LiDAR在<0.5 mW/cm²功率密度下，暴露10秒内无损伤。
• 1550纳米LiDAR的安全阈值更高（MPE约10 mW/cm²），适合高功率场景，但需验证长期暴露效应。
• 儿童和老年人眼球更脆弱，需额外考虑敏感人群。