芯耀
与非AI
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你或许已经习惯于通过手机的“刷脸”功能来进行解锁、验证和支付，但你是否知道，每次“刷脸”都让眼睛经受了数次不可见近红外激光的照射？
一、智能时代下的激光产品现状
1.1 手机 人脸识别用的激光
智能手机人脸识别模组主要采用VCSEL垂直腔面发射激光器，发射940nm波段近红外不可见激光。通过投射数万点红外散斑，完成人脸三维信息采集，实现解锁、支付、身份核验。该激光肉眼不可见，用户感知不到光束存在。设备正常工作状态下需满足Class1安全等级；若模组出现硬件失效、光学窗口破损，会存在激光功率超标风险。日常使用场景下用户会高频次接触该激光照射。
1.2 智能门锁 人脸识别用的激光/人体检测用的dToF点激光
高端人脸识别门锁包含两套激光模块。
第一套为人脸识别VCSEL激光，投射红外点阵完成活体检测，区分真人与照片伪造攻击；
第二套为dToF点激光，用于人体感应，当人靠近门口时触发门锁唤醒、补光、人脸识别。产品大多安装在入户门高度，儿童身高刚好正对激光发射窗口，存在直视风险，硬件设计上必须严格控制辐射量，满足Class1等级。
1.3 扫地机 前置避障用的线激光/三角测距雷达发射的点激光/dToF雷达发射的点激光
扫地机器人主流有三类激光方案。
线激光：前置结构光，发射红外线激光，通过成像传感器完成障碍物三维轮廓识别；
三角测距激光雷达：发射高速扫描点激光，依靠三角测距算法完成全屋建图定位；
dToF雷达点激光：发射脉冲红外激光，依靠飞行时间计算距离。扫地机会在家庭环境全天候运行，婴幼儿、宠物很容易近距离直视激光发射口。即便产品是Class1等级，也需要考虑故障失效后激光超标的风险，软件上增加异常功率检测保护。
1.4 智能汽车的车载激光雷达
车载激光雷达主流波长分为905nm与1550nm两种，属于脉冲式红外激光，肉眼完全不可见。安装于车顶、保险杠位置，工作时持续向车辆四周发射激光脉冲，感知周边行人、车辆障碍物。工作距离可达上百米。虽然面向车外环境，但行人、骑行者有可能近距离正对雷达窗口。行业硬性要求整机输出必须满足Class1人眼安全，同时需要考虑高温、震动、镜头脏污、镜头破损等失效工况下的安全防护。
1.5 智能监控摄像机 定位目标距离信息位置，方便调焦的激光定位
网络摄像头、球机搭载红外激光测距模块，用来测算监控画面内目标物体距离，实现快速自动对焦、云台跟踪。大多采用850nm/940nm近红外点激光。设备大量部署在街道、园区、室内，24小时不间断工作。普通人路过不会感知激光存在，长时间近距离直视镜头会接收激光辐射，产品设计需要限制最大输出辐射。
1.6 无人机 定高的激光测距
消费级、工业无人机底部装配激光测距传感器，向下发射红外激光，测量无人机到地面的高度，实现定高、悬停、低空避障。激光光束朝向地面，正常飞行状态下光束向下，人眼不容易直接直视；但维修、地面调试、无人机翻转故障时，激光发射口有可能朝向人脸，带来照射风险，产品测试需要覆盖故障姿态下的激光安全评估。
在手机Face ID使用的前置摄像模组里，有一块激光发射芯片被称作垂直腔面激光发射器（VCSEL），会发射出约30000束不可见的近红外激光光束。据不完全统计，人们一天至少使用手机解锁85次，加上日益普及的“扫脸”支付功能，个人一天的“刷脸”次数可能会超过100次。以每次扫脸时间2秒来计，一年下来累积的时间相当于激光持续照射眼睛21个小时。
实际上，随着激光技术的广泛应用，我们的生活几乎被激光产品所包围：智能手机、扫地机器人、无人驾驶汽车、监控摄像头、人脸识别闸机，以及打印机、测距仪、扫码器等传统激光设备，这些产品往往会在设计中加入激光模块来提升其性能和使用体验。
1.7 人眼有汇聚激光能量的特性
以上种种情况，我们的眼睛都直接或者间接地被激光照射着，可能对人眼造成不可逆的伤害。那是因为：激光具有高度一致的方向性。普通光源发出的散射光能够到达眼睛的光功率非常有限，而且在眼底形成投影的面积较大。但激光源却可以将光束准确地投射到人眼，在类似于透镜一样的晶状体的汇聚功能下，将高功率密度的能量聚焦在视网膜上，导致温度急剧上升而造成视网膜的光损伤。
以手机为例，Face ID技术应用的垂直腔面激光发射器会发射出约30000束不可见的近红外激光光束。
其中不可控的激光会在人眼的汇聚下，将放大数十万倍功率密度的能量汇聚在视网膜，可能对人眼造成不可逆的伤害。
随着激光产品不断多样化造成的激光源增多，我们的眼睛每天都不可避免地暴露在各种激光辐射下。目前，业界对于长期使用激光产品而累积的伤害没有具体规定和限值，国内消费者对激光安全的意识也比较欠缺，远落后于欧美国家。为了人眼安全，我们需要严格控制激光产品的辐射能量。
二、激光安全标准
从国际还是国内来看，IEC 60825‑1是目前国际上采用的主流激光安全标准。除了美国的FDA 21 CFR 1040.10标准，我国还有其他多数国家地区的激光产品，都是采用的IEC 60825‑1标准。
2.1 中国要求
目前激光人眼安全在国内没有强制性认证要求，但有强制性标准GB 7247.1，国内上市激光产品需满足激光人眼安全要求。需要注意的是GB 7247.1采标IEC 60825‑1。
2.2 美国要求
激光产品进入美国需要满足FDA辐射放射的要求。除了限值激光产品的设计和结构上满足人眼激光安全要求。制造商还要能保证良好生产规范使得批量产品持续满足要求。FDA通过产品型式试验+企业质量控制系统要求的方式，要求制造商进行首次报告和年度报告。测试标准可以为FDA的21 CFR 1040.10，也可以为IEC 60825‑1+Notice 56差异。
2.3 欧洲和其他主要地区要求
国际上包括欧洲和其他主要地区均可采用IEC 60825‑1（但须注意欧盟EN 60825‑1有A11增补，以及需要考虑消费类激光要求EN 50689）。
2.4 激光雷达的共同要求
由于激光雷达大多采用905nm和1550nm，均为不可见红外激光，发射过程中不易被用户察觉，并工作场景均为需向外界发射激光辐射，所以均需满足Class 1（1类）激光人眼安全要求。
2.5 激光安全标准IEC 60825‑1跟GB 7247.1有什么区别吗？
两者本质上没有太大区别，IEC 60825‑1适合国际上大部分地区，GB 7247.1则是适用于中国地区，GB 7247.1为IEC 60825‑1的中文版等同转化标准。
三、激光安全等级分类主要分类有哪些？
IEC 60825‑1是概述激光产品安全性的主要也是比较完善的标准。分类基于包括光束发散角，激光类型，发射持续时间，限制孔径等参数的综合计算。同时标准还定义了各类别激光产品的观察条件。
3.1 激光安全等级分类主要分类为四大类激光七个安全等级标准
用AEL（可接受发射限值，眼镜/皮肤所承受的最大激光辐射值）来划定不同等级的激光，国内外标准全部采用AEL进行等级划分。
1类：在可预见的情况下是安全的，但是在光线暗的环境中，受到激光的照射或者镜面反射照射也可能出现眩目的视觉效果。该等级是基于正常工作时受到的辐射水平估计，维护过程中如果解除了激光器挡板的联锁，接触到的激光辐射可能高于1类限值。在激光器设计或预期使用所固有的最大持续时间内的任何曝光时间内，均不超过1类规定的AEL。1类激光器不受光束危害控制措施的约束，对人眼和皮肤几乎没有危害，不用考虑额外激光防护措施。
1M类：在302.5nm‑4000nm波长范围内的AEL和1类激光一致，但是由于测量时采用了更小的测量孔径或距离更远的表观光源（即光束能够危害视网膜的距离），使用放大镜、望远镜等光学仪器观察时存在潜在辐射危害。
2类：波长范围400nm‑700nm，一般为低功率可见光激光。就算遭到直射，人眼0.25s回避反应可以避免伤害；但反复短于0.25s直射或者有意注视光束，存在潜在危害。2类激光容易引起炫目、闪光盲和视后像现象。
2M类：400nm‑700nm波长范围内AEL和2类激光一致，使用放大镜、望远镜等光学仪器观察时存在潜在辐射危害。
3R类：AEL为2类可见光束和1类不可见光束的5倍，损伤风险随照射时间增加而增强，有意照射具备危险性，一般用于不可能发生直射或者镜面反射的场景。
3B类：激光直射、镜面反射以及短时小于0.25s照射均属于危险；AEL较高的3B产品可造成轻微皮肤烧伤，甚至引燃易燃物；部分3B激光的漫反射也会伤害人眼。
4类：直射、镜面反射、短时照射、漫反射全部具备危险性，极易引发火灾；设备透光窗口必须带有激光警示标识，高功率设备窗口需要配置激光防护玻璃。
3.2 激光安全等级分类是强制性的吗？
激光安全等级分类是强制性的。中国、美国、欧盟及其他地区，均要求激光产品完成安全等级分类，同时落实标识、警告标签与使用说明。
四、激光辐射对人体组织的危害机理
众所周知，激光辐射对人体有多种危害，那么不同波长，不同功率，不同光束特性的激光会对人体产生什么样的危害呢？激光安全等级的限值是怎么确定出来的呢？
激光辐射对人体组织的危害机理包括热危害、热声瞬变、光化学危害和非线性效应。激光危害通常为一种或多种机理共同作用。危害部位和程度取决于激光关键参数：波长、脉宽、聚焦尺寸、辐照剂量、辐射时间。
其中，过量激光照射的病理效应和常见疾病汇总如下表：
4.1 激光对眼睛的危害及限值
人的眼睛是复杂的光学器件，不同组织对不同波长激光吸收特性不同，危害程度和辐射功率、瞳孔大小、观看距离强相关。可见光与近红外激光可以穿透眼球并被晶状体汇聚至视网膜，会显著放大伤害。接下来，我们就通过一张表来了解决定激光对眼睛危害的关键参数。
根据以上眼睛的特性，结合眼睛组织对激光的耐受程度，国际电工委员会（IEC）确定了不同等级激光器的可接受辐射限值(AEL)。
4.2 激光对皮肤的危害
皮肤相比眼睛可以承受更高的激光能量，容易受照射的部位为手部、头部、胳膊。激光对皮肤存在光化学危害、热危害，不同波长光束可穿透表皮、真皮，带来即刻或慢性损伤。
即刻危害：可见光、红外激光照射可造成红斑、水疱；极短脉冲高峰值功率激光照射，会直接出现组织灰白色炭化，不一定出现红斑。
慢性危害：长期反复照射，尤其是紫外波段辐射，会加速皮肤老化，提升皮肤病变风险。
4.3 激光产品人眼安全解决方案
德国莱茵TÜV是全球首个系统提出激光产品人眼安全解决方案的第三方机构，从四大维度开展综合评估：
产品安全等级判定：判定产品是否达到Class 1（IEC） / Class I（FDA）最高安全等级
失效分析：电气、光学系统、软件故障模式带来的风险分析
环境测试：极端环境下的符合性测试、关键器件加速老化验证
工厂检查：现场审核生产流程合规性
五、激光认证Class I测试标准
5.1 常见问题
5.1.1 检测仪器的功率是平均功率还是脉冲功率？
功率测量一般采集平均功率，再结合脉冲参数换算单脉冲能量，平均功率评估稳态、最大输出工况。
测试孔径与距离条件：
距离100mm，光阑7mm（模拟成年人瞳孔大小，该条件更加严苛）
距离2000mm，光阑50mm
一般只做100mm条件，不再执行2米条件；激光功率计采集平均功率，积分时间1‑3s。 需要估算探头接收脉冲数量；普通探头受响应速度限制，需要高速光电探头，统计脉冲数量后换算单脉冲能量。
5.1.2 所有带激光的设备说明书和标签都需要有相关标注激光等级
所有带激光的设备，标签及说明书必须标注激光安全等级及对应警示内容。
六、不同激光波长对人眼危害的对比
905nm更接近可见光，水吸收弱，能量更容易直达视网膜。1550nm容易被眼球内部水分吸收，光束在到达视网膜前就被玻璃体等组织吸收，到达视网膜能量少；同时折射率特性使光斑不易高度聚焦，能量更加分散，损伤风险更低。
连续波条件下，1550nm激光人眼安全允许功率约为905nm的10倍；脉冲工况差距更大。激光雷达多为纳秒级脉冲，此时1550nm允许的光强可以进一步提高。
来源：熊大聊机器视觉
