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1、激光产品人眼安全白皮书德国莱茵 TV 与禾赛科技联合发布IN COOPERATION WITH本报告版权为德国莱茵 TV 与禾赛科技共同所有，由德国莱茵 TV 及禾赛科技负责发送和提供相关咨询服务。德国莱茵 TV 与禾赛科技对白皮书拥有唯一著作权。报告有偿提供给限定客户，应限于客户内部使用，仅供客户在分析研究过程中参考。如客户引用报告内容进行对外使用，所产生的误解和诉讼由客户自行负责，本单位不承担责任。如将来用作商业或其他用途，未经本公司同意，不得以任何异于本报告原样之装订或包装形式将本报告出借、转售、出租、或在网上发布。凡使用本报告者均受本条款及本报告一切有关版权之条款约束。如未获得德国莱茵

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3、莱茵 TV 大中华区禾赛科技版权声明前言激光产品人眼安全现状调研第一章激光为何会影响我们的眼睛健康？03 1.1 了解我们的眼睛04 1.2 人眼可见的光谱04 1.4 激光及激光的特性05 1.5 激光技术的普及和应用第二章激光的安全与防护07 2.1 激光的危害08 2.2 激光的安全等级分类10 2.3 现行全球激光安全标准第三章激光制造业人眼安全解决方案 激光雷达助力无人驾驶13 3.1 车载激光雷达的发展背景14 3.2 车载激光雷达的优势15 3.3 车载激光雷达的工作原理 15 3.4 车载激光雷达的激光安全16 3.5 车载激光雷达未来以及激光安全的相关问题第四章激光产品人眼安

4、全标准发展进程18 4.1 消费者对激光产品的认知和评价19 4.2 为激光制造业构建安全健康的环境19 4.3 德国莱茵 TV 人眼安全认证010203 061217激光产品人眼安全白皮书1激光产品人眼安全白皮书激光技术的快速发展和普及给我们的工作和生活带来了很大便利，人脸识别、无人驾驶、激光投影等技术也越来越多地让我们的眼睛暴露在各种激光辐射中。这些应用的激光安全如果得不到严格控制，会给用户以及带来很严重的安全隐患；与此同时，人脸识别等高频率、低功率、长时间的激光辐射累积所带来的潜在危害还没有得到深入的研究。特别是对于快速增长的近红外激光器的应用，由于发射的激光对人眼不可见，用户对于激光辐

5、射的位置、强度、以及风险并不知情。该白皮书将会主要以激光雷达为例，系统讲述不可见近红外激光器如何做到人眼安全。当前的汽车行业正在面临着巨大的历史变革，人工智能、新材料等技术的创新不断推动着汽车行业向电动化、网联化、智能化和共享化的方向发展。汽车自动驾驶技术的实现在减少交通事故、缓解交通拥堵、提高道路及车辆利用率等方面具有巨大的潜能，环境感知系统是自动驾驶技术中基础且至关重要的一环，是安全性和智能性的关键保障。激光雷达使用激光作为测量媒介，在精确高效重建三维环境方面具有无可取代的优势，是自动驾驶环境感知系统的关键部件，被形象地称为自动驾驶车辆的“眼睛”。德国莱茵 TV 与禾赛科技致力于激光产品安

6、全性及可靠性的研究，从产品设计、失效分析、测试认证以及质量管控等环节出发，满足一系列的标准及法规。我们希望通过激光产品人眼安全白皮书能够让激光产品的安全性问题得到更广泛的了解和更多的重视。我们将持续关注国际上激光安全标准的研究进展，在确保产品安全性的前提下，为用户提供性能更强、可靠性更优的创新型产品。前言孙恺 禾赛科技 董事长兼首席科学家Frank Holzmann TV Rheinland Vice President2激光产品人眼安全白皮书激光的应用在过去几年经历了非常快速的发展，从高端的工业加工制造领域，走向了老百姓日常生活的方方面面，将会极大地方便我们的生活，提升我们的生活质量。快速增

7、长的人脸识别，激光雷达等新兴激光应用将使人眼直接接触不可见激光的辐射。德国莱茵TV一直致力于激光产品人眼安全问题的研究，以保障消费者的用眼安全为己任。为此我们做了如下调研，说明消费者对于激光安全的认知状况，作为我们进一步发展激光人眼安全的基础。激光产品人眼安全现状调研3激光产品人眼安全白皮书第一章激光为何会影响我们的眼睛健康？1.1 了解我们的眼睛在人的所有感知中，视觉系统是最主要的信息获取来源。视觉系统由眼睛，视神经以及大脑共同组成：其中，眼睛是人类视觉系统的最主要组成部分，是自然界中已知的最复杂，最高效的光学器件。人眼类似于一个光学信息处理系统，但它不是一个普通的光学信息处理系统，还受到神

8、经系统的调节。人眼的构造相当于一架摄像机或照相机。前面是由角膜、晶状体、前房、后房、玻璃体所共同组成的具备镜头功能的组合，把物体发出的光线聚焦到后面的相当于胶卷的用于检测光线的视网膜上。图1.1 视觉系统图4激光产品人眼安全白皮书1.3 了解我们的眼睛我们眼睛的不同部分会选择性的吸收或透过特定波长的光，同时，不同的光谱对眼睛各个部分的作用和影响也会不同。在我们考虑激光人眼安全的时候，激光的波长范围将会是主要的考虑因素。对于可见光范围内的激光，比如红激光和绿激光，我们的视觉系统能够产生强烈的自然生理响应，从而导致瞳孔缩小，闭合眼睑以及转头等方式快速躲避过强的激光辐射。但是对于不可见激光，如紫外线

9、和近红外激光，由于我们无法产生亮度，色觉等感知，我们的身体无法做出任何响应，如果持续照射的激光强度过大，就会对我们的眼睛产生不可逆的损伤。正因为如此，我们需要特别规范不可见激光的使用以及关注对眼睛的影响。虽然我们人眼能够适应的亮度范围很大，但是相比激光，我们的眼睛还是非常脆弱。由于眼球结构的特殊性，我们的晶状体能够像凸透镜一样对激光光束产生汇聚作用，因此极大地增大危害。1.4 激光及激光的特性激光是受激发射的光放大（英语：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）缩写就是“LASER”。受激发射概念是由阿尔伯特爱因斯坦在他1

10、917年发表的论文关于辐射的量子理论中提出的；大约10年后，英国著名物理学家、剑桥大学教授保罗狄拉克首次实验证明受激发射的存在。1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。激光的主要特性有：高能量由于激光具有高度汇聚的特性，激光具有非常高的能量密度。经过透镜聚焦之后，焦点附近能够形成数千度，甚至上万度的高温，这种特性使得它几乎能加工所有的材料。高度的能量集中是激光非常重要的特性，正是因为这方面的优势，使得其能够广泛应用在工业加工和医疗等领域。方向性普通光源发出的光是沿着各个方向进行传播的，发散角很大。相较而言，激光的发散角却很小，几乎是沿着平行方向发射的。激光器发射的光是一种偏振光，方

11、向固定。激光的高方向性使其能在有效地传递较长距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度。单色性光的颜色是由光的波长决定的，而光都会有一定的波长范围。其波长范围越窄，表现出来的单色性就会越好。对于普通的光源，由于谱线宽度比较大，频率范围过宽，表现出来的颜色就会比较杂。激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。相干性光波是由无数光量子所组成的，从激光器中发射出来的光量子由于共振原理，在波长、频率、偏振方向上都是一致的，这就使得其具有非常强的干涉力。我们一般也将激光称作相干光。正是因为与普通光源相比，激光的相干性要强得多。1.2 人眼可见的光谱据科学研究表明，眼睛的性能与太阳的关系最为密切。

12、事实上，人眼发展成这样一个复杂灵巧、维妙传神的光学系统，是人类在自然选择过程中，漫长进化的一个结果。我们的眼睛能够对于波长范围在380到780纳米之间的可见光波段做出响应，对于其他波长范围的光没有视觉感知，但是，这不代表其他波长的光对于我们的视觉健康没有影响。图1.2 光谱图图1.3 眼球结构5激光产品人眼安全白皮书1.5 激光技术的普及和应用由于激光具有突出的特性，因此自诞生以来，激光技术得到了飞速发展，它使人们获得了空前的效益和成果，极大地促进了生产力的发展。目前激光几乎是无处不在，它已经被广泛应用于生活、生产的方方面面。通讯领域：光纤通讯半导体激光器在信息的获取，传输，存储和处理以及显示

13、中也得到广泛应用。21世纪，随着光纤通信的发展，半导体激光器光作为光纤通信系统中的光源，是整个系统的核心部分，前景广阔。工业领域：激光打印，焊接，切割从1960年第一台红宝石激光器问世以来，到激光技术不断发展的今天，随着激光器和激光应用技术逐步成熟，激光切割、激光打标等激光加工技术在工业领域中有着重要应用。中国激光产品主要应用于工业加工，占据了40%以上的市场空间。激光加工作为激光系统最常用的应用，主要技术包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔、微加工及光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。主要产品则包括各类激光打标机、焊接机、切割机、划片机、雕刻机、热处理机、三维成型机以及毛化机等

14、。这类产品已经或正在进入各工业领域。信息领域：激光投影，灯光秀1970年，世界上第一次舞台激光表演是在慕尼黑的歌剧节上，随后激光秀便成为一种独立的艺术形式，广泛应用于舞台，剧院或是地标性建筑。近年来，激光投影机正在被各大厂商所重视并且逐步走入影院，办公室及家庭，成为新的关注焦点。医疗半导体激光器体积小、成本低、寿命长、波长可选择、输出功率稳定等优点，特别适用于医疗设备，其临床应用几乎覆盖了所有其他类型的激光器的应用范围。如低功率810nm近红外半导体激光器，由于该波长的激光穿透能力强，屈光间质对它吸收最少，光斑直径可调范围大，是眼科中最常用的热源，可用于治疗青光眼、硅油注入术后难治性高眼压以及

15、视网膜的光凝和固定等；810nm半导体激光起能够很好被毛囊内黑色素吸收，产生热效应，破坏毛囊，完成脱毛的效果；大功率半导体激光器也广泛应用于肿瘤的激光切割、凝固手术。这些都为人类的健康进一步提供了保障。军事领域伴随激光技术的日趋成熟，半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域，它在军事领域也得到了广泛应用，成为我国国防事业不可或缺的中坚力量。其他热门领域近年来，激光技术的应用飞速发展，并逐步从工业领域向民用领域进军。如正在走入家家户户的激光电视，扫地机器人，智能门锁；智能手机人脸识别功能；以及激光雷达，无人机等。如今激光已经随处可见，我们在享受激光技术带来的便利的同时，是否有关注过激光对人眼

16、的安全呢？激光产品激光技术的应用以及发展趋势手机目前大多数智能手机中都带有波长为 940nm 的Vcsel 模组用于人脸识别。据不完全统计，我们每天进行密码解锁、刷脸支付等行为，会进行 100 次以上的“刷脸”。每次刷脸时都会有近 30000 束不可见的近红外激光在脸上照射 2 秒。在这个手机智能时代，激光的照射只会越加频繁。激光雷达在这个汽车行业面临巨大变革的时代，电动化、网联化、是未来的方向，无人驾驶的概念正在一步步变为现实，其中的核心就是激光雷达。未来的大街上，将充斥着无数条不可见的近红外激光。激光测距仪激光测距仪因其测量精度高、系统耗能小、体积小型在这个科技发达的时代被广泛应用。目前国

17、外买家除了对激光测距仪的安全等级有明确规范，对激光性能、精度也有更全面的要求。扫地机器人作为智能家居中最受欢迎的消费类硬件之一，扫地机器人凭着智能化和方便性，承担了繁重的地面清洁工作，越来越受到年轻上班族、家庭、老人的喜爱。但是不是每个消费者都知道扫地机器人头部装了个小型单线激光雷达，用于识别周边的障碍物。人眼设备（AR/VR 产品）VR、AR 和移动端重合的技术有：显示器、运动传感器、处理器、储存&记忆、无线连接。激光技术的应用能创建更准确的无限制跟踪，可实现高精度和低延迟，并消除了遮挡的问题。图1.4 其他热门领域6激光产品人眼安全白皮书第二章激光的安全与防护7激光产品人眼安全白皮书2.1

18、 激光的危害激光的主要危害类型：当激光照射我们的眼睛时，为了看清楚眼前的人或物，眼睛会不断的调节聚焦焦距而导致更大的危害的可能：我们对看不见的光更不会有闭眼自我保护意识，波长在可见光和近红外光的激光，眼屈光介质对其的吸收率较低，透射率高，而屈光介质的聚焦能力强，强度高的可见或近红外光进入眼睛时可以透过屈光介质，聚集于视网膜上。此时视网膜上的激光能量密度及功率密度提高到几千甚至几万倍，大量的光能在瞬间聚集在视网膜上，导致视网膜的感光细胞层温度迅速升高，使感光细胞凝固变性坏死而失去感光的作用。这种因为过热而引起的蛋白质凝固、变性是不可逆的损伤。危害类型现象照片热危害激光对生物体的热作用主要通过两种

19、途径实现：一种是碰撞生热，生物体吸收可见和紫外激光后，受激的生物分子可能将其获得的光能，通过多次碰撞转移为邻近分子的平动能、振动能和转动能，使受照体温度升高。另一种是吸收生热，生物体吸收红外光后，光能转变成生物分子的振动能和转动能，使温度升高。光化学危害生物光化效应是指在光的作用下产生的的生物化学反应。生命物质之所以能够活动、生长、复制、发育、修补、繁殖，生化作用起着决定性作用。光的作用是使某些生物化学反应在生物温度下以相当的速率进行。与普通光源相比，激光可使光化反应更方便、易控、有效和广泛。光化反应的全过程大致可分为两个阶段：原初光化反应和继发光化反应。当一个处于基态但又不返回其原来分子能量

20、状态的弛豫过程中，多出来的能量消耗在它自身的化学键断裂或形成新建上，发生了一个化学反应，即为原初光化反应。在原初光化反应过程中形成的产物中，大多数是具有高度化学活性的中间产物，如自由基、离子、或其他不稳定的产物。这些不稳定的产物继续进行化学反应，直至形成稳定的产物，这种光化反应称为继发光化反应。光化反应的实例有光合作用、光敏化作用、视觉作用等其他危害激光产品的使用还常伴随着机械危害、火灾危害、电气危害、辐射危害等等。视网膜灼伤基底细胞癌白内障恶性黑色素瘤图2.1 激光的危害类型8激光产品人眼安全白皮书2.1 激光的安全等级分类为了让使用人员能够很简单的识别激光产品的危险等级，我们可以根据激光产

21、品对人体组织的危害机理以及造成的伤害程度将激光产品进行分类。激光产品的波长和功率决定了激光对人体不同组织的伤害。波长决定不同人体组织对激光的吸收特性以及危害的机理，功率和能量则会决定激光危害的程度。国际电工委员会标准依据激光产品的波长、最大输出激光功率或能量将激光产品分为了几个大的安全等级，他们就像激光产品的名片一样，代表了激光产品的危害程度，用户需要注意的事项。因此，不管是普通消费者还是专业操作人员，我们都要正确认识激光的等级，明白其代表的危害程度、注意事项，才可以避免很多激光伤害事故的发生。不同波长的激光对于人体的不同组织的伤害是不同的，参照以下图表：光谱范围损伤位置损伤类型UV-C(20

22、0-280 nm)角膜光性角膜炎UV-B(280-315 nm)角膜光性角膜炎UV-A(315-400 nm)晶状体白内障Visible(400-780 nm)视网膜视网膜损害IR-A(780-1400 nm)视网膜，晶状体视网膜烧伤，白内障IR-B(1400-3000 nm)角膜，晶状体角膜烧伤，白内障IR-C(3000-1000000 nm)角膜角膜烧伤光谱范围损伤位置损伤位置UV-C(200-280 nm)皮肤表皮层晒黑，红斑UV-B(280-315 nm)皮肤表皮层照伤，晒黑，红斑，水肿，疼痛甚至水疱UV-A(315-400 nm)皮肤真皮层黑色素沉积，肤色发黑，产生色斑。损伤细胞 D

23、NA，损伤胶原蛋白，引起皮肤老化，甚至引起皮肤癌。Visible(400-780 nm)皮肤皮下组织光敏反应，皮肤烧伤IR-A(780-1400 nm)皮肤皮下组织烧伤IR-B(1400-3000 nm)皮肤皮下组织烧伤IR-C(3000-1000000 nm)皮肤皮下组织烧伤激光安全等级分类详述：国际电工委员会标准（IEC 60825-1）依据激光产品的波长以及最大输出激光功率，将激光产品分为了以下7个等级：1、1M、2、2M、3R、3B、4。其中1M，2M两个等级代表产品的安全等级分别和1、2级一致，但在使用如望远镜等光学设备时，可能将危害程度放大从而超越1、2级的危害。3级也分为3R和3

24、B两个子级别。接下来我们通过图2.4和图2.5来了解具体的分类情况以及不同类别代表的危害程度：没有危害正常使用没有危害，但使用放大镜、望远镜等光学设备增加危险安全使用，但不能故意注视激光光束安全使用，但使用放大镜、望远镜等光学设备增加危险直视光束有危害直接光束有危害直接光束和放射光都有危害CLASS 1CLASS 1MCLASS 2CLASS 2MCLASS 3RCLASS 3BCLASS 4图 2.4 IEC 60825-1 激光等级分类及其代表危害程度图2.2 不同激光波长对眼睛的危害图2.3 不同波长激光对皮肤的伤害9激光产品人眼安全白皮书激光等级激光危害情况描述举例Class 1基于现

25、在的医学知识，被认为是安全的。在产品正常工作的条件下，眼睛都不会受到有危害的光学辐射。或者虽然是产品含有有伤害性的激光，但被放置在相应的密封产品里，没有任何有害的辐射能逃出封闭装置。眼科激光曲率测量仪、DVD 播放器Class 1M大直径或高发散度光束。正常使用时没有危害，当使用望远镜等光学设备时会有超过Class 1 限值的危害。小功率光纤通讯激光器Class 2小功率、可见激光（400-700nm），属于低危险激光。通常人眼自然厌光反应(Aversion response)会保护人眼，只有故意持续凝视时，才会造成眼部伤害。激光扫描仪、激光笔Class 2M小功率、可见激光（400-700n

26、m），大直径或高发散度光束。正常使用情况时通Class 2，当使用望远镜等光学设备时危害会超过 Class 2。激光水平仪器Class 3R正常使用没有危害，直视光束有危害。激光测距仪Class 3B直视或看到二次光束时可能会造成伤害，散射光束没有危害。演示激光器Class 4直接光束，反射或散射光束都可造成眼睛或皮肤伤害。激光焊接、打标机了解了激光危害等级的意义，我们再来看看当我们见到一个激光器时，怎么能够知道它的等级呢？其实，经过严格检测和认证的激光产品，都在用户可以看得见的地方有明显的激光等级标识，如以下图所示：激光等级激光安全标识举例激光安全警示语举例是否需要安全防护Class 11

27、类激光产品不需要Class 1M激光辐射请勿使用望远镜观看光束1M 类激光产品不需要Class 1C激光辐射参考使用指导1C 类激光产品参考使用指导Class 2激光辐射请勿注视光束2 类激光产品不需要Class 2M激光辐射请勿注视光束或使用望远镜观看光束2M 类激光产品不需要Class 3R激光辐射避免眼睛直接暴露在光束中3R 类激光产品不需要Class 3B警告 激光辐射避免暴露在光束中3B 类激光产品防护眼镜，防护手套，防护服等Class 4危险 激光辐射避免眼或皮肤暴露在直接或散射激光光束中4 类激光产品防护眼镜，防护手套，防护服等图2.5 激光等级分类代表危害详述图2.6 激光等级

28、安全标识及警告语10激光产品人眼安全白皮书激光等级常见的问题剖析：根据激光等级分类条件，不同等级代表着不同的危害程度和使用限制，所以并不是所有产品都可以做成任意激光等级在市场上销售。接下来我们通过几个对激光等级常见的问题进行讨论，希望引起大家的注意：1.儿童玩具类激光产品必须满足Class 1的要求吗？当玩具中应用了激光技术，不管是可见或不可见的激光，都要特别注意儿童会因为好奇心强，不明白警示标识的含义，可能会以非常危险的方式持续注视激光而造成严重的眼睛伤害。目前，尤其在中国，很多儿童都可以轻易的获得激光笔或玩具型激光投影机之类的产品，有些产品的激光功率远远高于Class 1的限值，是非常大的

29、安全隐患。因此，各国都强制要求玩具激光产品必须满足Class 1的等级。2.Class 1的激光器就绝对安全吗？有一部分1类激光器因为其自身固有的发射功率非常小而不会2.3 现行全球激光安全标准随着激光产品向多类型、高功率等方向的迅速发展，近年来全球各国政府以及科技工作者对激光的危害和防护寄予了充分的重视，颁布了一系列的激光安全标准。对人产生危害，但并不是所有的激光器都是如此。有很多分类为1类的激光器，其内部可能使用Class 3B或4的激光源，如果我们使用不当，当打开机器防护外壳或故意改变光路时，可能会造成更高等级的激光光束泄露，从而造成人身危害。3.指示类激光器为什么一定要先定在Class

30、 2以内？激光笔、激光测量设备、带激光指示的工具类设备等普通消费者可以接触到或使用的产品，其等级一般不能高于Class 3R。有一些市场，比如欧洲，澳大利亚等要求指示类激光器，如激光笔等必须符合Clsss 2或更低等级的要求才能销售。4.如果我们不能确定激光器的等级该怎么办？在研发、调试过程中，我们有时无法确定产品内部某一部分的激光等级，这时，我们不能因为麻烦而简单的假定其等级就和激光源等级相同或是很低的等级，相反，我们一般要假设其是Class 3B甚至Class 4的等级，做好充分的安全防护措施，比如佩戴激光防护眼镜，防护手套等,避免意外事故的发生。标准名称适用产品或范围目标市场 IEC 6

31、0825-1:2014产品激光安全等级分类及要求全球IEC 60825-2:2010光纤通讯系统激光安全要求IEC 60825-4:2016激光防护屏安全要求IEC/TR 60825-3:2008激光显示及激光演示安全要求IEC/TR 60825-5:2016制造商检查清单IEC/TR 60825-8:2006用于人体的激光光束安全使用指导IEC/TR 60825-13:2011测量和激光等级分类IEC/TR 60825-14:2004用户指导IEC/TR 60825-17:2015大功率光纤通讯系统中应用被动光学元件及光纤的安全考虑IEC/TR 60825-16:2009强激光光源应用于人体

32、和动物的安全要求IEC 60825-12:2005自由空间信息传输的光学系统安全ISO 11553-1激光加工设备 第 1 部分：通用安全要求ISO 11553-2机械安全-激光加工机械-第 2 部分：手持式激光加工设备的安全要求ISO 11553-3机械安全-激光加工机械-第 3 部分：激光加工机和手持的噪声减少和噪声测量方法图2.7 IECEE&ISO11激光产品人眼安全白皮书标准名称适用产品或范围目标市场 21 CFR Part 1040.10激光产品美国21 CFR Part 1040.11特殊目的激光产品ANSI Z136.1激光器的安全使用ANSI Z136.2激光二极管和 LED

33、 光源的光纤通信系统的安全使用ANSI Z136.3保健设施中激光器的安全使用ANSI Z136.4危害评定用激光器安全测量的美国国家标准推荐实施规程ANSI Z136.5教育机构中激光设备的安全使用ANSI Z136.6户外激光器的安全使用 ANSI Z136.8研究、发展或测试中的激光安全ANSI Z136.6生产制造环境中的激光安全标准名称适用产品或范围目标市场 GB 7247.1:2012激光产品的安全 第 1 部分：设备分类、要求中国AS/NZS 60825.1:2014产品激光安全等级分类及要求澳大利亚、新西兰JIS C6802-2011激光产品的安全性日本图2.8 FDA 21C

34、FR&ANSI Z136图2.9 其他国家和地区激光安全规范列表12激光产品人眼安全白皮书第三章激光制造业人眼安全解决方案激光雷达助力无人驾驶3.1 车载激光雷达的发展背景世界上第一台激光器诞生于1960年，此后应用激光进行测量的研究便逐渐开展起来，最早激光雷达应用于测绘领域，搭载于机载平台完成海底探测、地貌测绘和航空测量。随着光学和电子学技术的发展与成熟，尤其是激光技术的进步，激光雷达的性能不断提升，应用范围也日益广泛。激光雷达应用于无人车避障与导航的研究早在上世纪90年代后期就已有开展，早期的研究已经奠定了激光雷达应用的基本架构，而后对车载激光雷达研究起到巨大推动作用的是开始于2004年的

35、DARPA（美国国防部高级研究计划局）无人驾驶车挑战赛，搭载激光雷达的赛车队的优异表现使得激光雷达在无人车环境感知上的重要作用的得到了广泛的关注。Google在2009年启动自动驾驶研究计划，在2016年独立出自动驾驶子公司Waymo，并开始自主开发激光雷达，也推动了业界对激光雷达重要作用的认可。如今汽车行业正在面临着巨大的变革，电动化、网联化、智能化、共享化是未来的发展方向。汽车自动驾驶在减少交通事故、缓解交通拥堵、提高道路及车辆利用率等方面具有巨大潜能，也是人工智能有望最快落地的一项应用，已经成为不可阻挡的技术趋势，无论是传统整车厂、一级供应商，还是新兴的自动驾驶公司都在积极布局。车载激光

36、雷达具有高测距精度、高分辨率以及高灵敏度等突出优点，被称为自动驾驶环境感知皇冠上的“明珠”，高级别自动驾驶车辆配备激光雷达已经成为行业内的广泛共识。上海禾赛光电科技有限公司是全球领先的激光雷达制造商，于2016年10月在国内首次公布了32线车载激光雷达的室内扫描图及路测视频，入选了当年的国内十大光学产业技术。禾赛科技2017年4月推出了40线激光雷达Pandar40，并在2018年12月推出了具有完全抗干扰能力的升级版本Pandar40P，2019年1月推出了垂直分辨率更高的64线激光雷达Pandar64。对于固态激光雷达，禾赛科技于2017年12月推出了固态激光雷达解决方案PandarGT，

37、并在2019年1月发布产品PandarGT 3.0。禾赛科技激光雷达产品性能优越，获得了国内外客户的广泛认可，其中美国加州63家拥有自动驾驶公开道路测试牌照的高科技公司中，有超过50%是禾赛科技的客户。安全性一直是禾赛科技进行产品开发的基础，禾赛科技的激光雷达产品均已获得Class 1一级激光产品认证。图3.1 Waymo测试车图3.2 禾赛科技激光雷达产品Pandar64Pandar40PPandar40PandarGT14激光产品人眼安全白皮书3.2 车载激光雷达的优势激光雷达应用激光作为测量媒介。因为激光光束的发散角小、能量集中、方向性好，所以激光雷达具有高灵敏度和高分辨率的突出优点。此

38、外，激光雷达反应速度快、能够获得巨大的信息量，每秒钟可以获得百万个空间点的距离、角度、强度等信息，如图3.3，3.4为激光雷达实测点云图。图3.3 激光雷达PandarGT实时点云图激光雷达用于智能驾驶时，能够对周边环境进行厘米级的精准三维重建，因而被业界称为最有效的环境感知方案，相比其他车载传感器具有突出优势，是实现高级别自动驾驶的关键感知部件之一，被形象地描述为自动驾驶车辆的“眼睛”。图3.5比较了激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器和超声波雷达在进行环境重建时的优缺点：图3.4 激光雷达Pandar64实时点云图参数毫米波雷达激光雷达超声雷达摄像头测量范围优优一般优测量精度良优一般良分辨率良

39、优一般优视场角一般优一般良主动/被动主动主动主动被动时间精度优优一般良夜间探测优优优一般不良天气优良良一般图3.5 不同车载传感器优缺点比较15激光产品人眼安全白皮书3.3 车载激光雷达的工作原理作为一种主动测距方式，激光雷达通过发射激光束并探测回波信号，获取目标的位置特征量。激光雷达的基本组成如图3.6所示，主要由发射模块、接收模块、扫描模块和控制模块4个子模块组成。激光器发射出的光束，打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物等障碍物上，反射的部分光波会被激光雷达的接收器接收，由于光速为已知量，那么根据飞行时间原理可以得到从激光雷达到目标点的距离，与此同时扫描模块不断将激光束偏转至空间不同位置，从

40、而实现对空间目标不同位置的测量获得三维点云信息，继而得以实现对周围环境的精确重建。车载激光雷达的技术壁垒激光雷达内部包含了一系列高质量光学元器件（激光器、光电探测器、准直镜头，反射镜等），对于旋转式激光雷达，为了实现360探测，需要将精密光学元器件安装到一个高速旋转的机械结构上，在狭小的空间内实现这些功能，对于光路校准和光机设计都是极高的挑战。电路上的技术壁垒主要是极灵敏的信号采集系统、超快的电子系统响应、光机电系统在狭小空间共存的强电磁串扰等。激光雷达仅能接收到极其微弱的回波信号，例如在150 m外经被目标物体反射后只有约十亿分之一的光返回光电探测器，因此需要激光雷达的接收光路和电路具有强抗

41、噪以及辨别极微弱信号的能力。为了保证测量精度达到厘米量级，要求系统具有超快的电子系统响应、极高的接收带宽。另外，解决多路光信号在收发时的串扰和光机电系统在狭小空间共存的强电磁串扰问题也是设计过程中需要考量的问题。此外，作为车体的一部分，激光雷达的尺寸、重量、功耗、散热都会受到限制，如何在不牺牲测距范围、精度等性能的情况下，降低产品尺寸和功耗并提高系统集成度及性能，是设计之初就要考虑的问题。应用于自动驾驶场景时，激光雷达产品的可靠性需要达到车规级别，在极端环境（比如高温、低温等）下正常工作，产品寿命也要达到车厂的要求。3.4 车载激光雷达的激光安全激光雷达的测远能力是激光雷达性能的一个核心衡量指

42、标，探测距离越远，越能及早发现前方险情，留出充足的时间给车辆系统做出决策并执行。但随着被测物体距离的增加，回波信号的强度会不断下降，如果为了探测更远，简单增加激光发射功率，不仅会为系统功耗及散热带来问题，同时也与安全性原则相违背。车载激光雷达需要满足Class 1一级激光产品的要求，因而在产品开发及生产过程中都需要对激光安全问题进行充分评估和考察，在保证安全的条件下优化系统性能、规范生产流程。下面具体讨论在激光雷达的研发与生产过程中都需要考虑哪些与激光安全相关的问题：工作波长的选择车载激光雷达一般工作在近红外波段（7802500 nm），其中1400 nm以下的波段能够穿透眼球前部组织，对视网

43、膜造成影响，过量将造成视网膜热灼伤；而1400 nm以上的波段主要在眼球前部被吸收，过量将造成热致白内障、角膜灼伤等。由于眼睛的聚光能力，一般来说视网膜能够承受的损伤阈值最低，因此使用1400 nm以上的波段能够发射更强的激光功率。但在实际产品设计过程中，不仅仅需要考虑该波段人眼能够承受的激光阈值，还需要考虑不同波长下的环境光噪声、水吸收系数、激光器及探测器成本等问题，从安全、性能以及成本的角度出发进行综合判断。图3.6 激光雷达的基本组成模块图3.7 不同波长到达视网膜的比例安全阈值的计算激光雷达在研发过程中需要根据产品设计及仿真参数进行激光安全阈值计算，计算条件及计算方法依据现行的激光安全

44、标准IEC 60825-1，激光安全阈值用可达发射极限（Accessible Emission Limit，AEL）表示。对于脉冲式激光产品，在考察激光器发光的波长、光束质量、空间特性以及时域特性等的基础上，需要计算以下阈值：16激光产品人眼安全白皮书3.5 车载激光雷达未来以及激光安全的相关问题自动驾驶的浪潮推动着越来越多的公司和机构投入高性能车载激光雷达的研究，激光雷达在向着集成化、低成本化、高性能化和车规化的方向发展，同时其技术方案也更加多样化。机械式激光雷达包括整体旋转与转镜方案，固态式激光雷达包括微型谐振镜、相控阵以及面阵方案等，不同技术方案各具特点，适用于不同应用场景。但无论对于何

45、种方案，随着技术的普及，激光雷达的应用会走向普罗大众，因而安全性是激光雷达设计及生产过程中需要首要考虑的问题，而激光安全是其中最重要的一个议题。激光雷达的广泛应用前景也推动着针对性的标准化工作，国际激光安全标委会对此类产品安全问题探讨的深度与广度不断增加，例如已有针对搭载于移动平台的激光产品测试方法的标准立项。禾赛科技将持续关注国际上关于激光雷达产品安全标准的探讨，在确保安全性的基础上，为用户提供性能更高、稳定性更好、可靠性更优的激光雷达产品。AELsingle：单脉冲阈值，脉冲串中任一个脉冲的照射量不超过单脉冲AEL。AELs.p.T：脉冲串平均阈值，发射持续时间为T的脉冲串的平均功率AEL

46、T不得超过持续时间为T的单脉冲AEL所对应的功率，AELs.p.T为AELT除以脉冲个数N，即脉冲串内每个脉冲对应的平均阈值。AELs.p.train(适用于400-1400 nm)：由于眼部组织对于重复照射更加敏感，因而在单脉冲阈值的基础上需要乘上一个与脉冲个数相关的修正因子。以上三个阈值中最小的一个即为该产品的激光安全阈值，该激光产品在按照标准规定的测试条件进行测试时不能超过该阈值，并且产品需要符合对应等级的标识规范、工程控制规范和用户告知规范，保护用户在产品使用过程中的安全以及告知用户可能存在的安全风险。失效情况的考量激光安全标准IEC 60825-1也要求对可能出现的单一失效情况进行考

47、虑，激光产品单一失效情况可以包括激光驱动电路的短路或者故障、扫描装置的失效、消光片的脱落等，单一失效情况不包括两种或者多种失效同时发生的情况。激光安全等级的判定需要基于单一失效分析的结果，激光产品设计过程中需要增加工程措施确保不会出现由于单一器件失效引起的照射能量超过规定的安全阈值。产品质量管控及测试激光雷达的生产过程中需要设置必要的来料检测环节，规范生产与组装过程中的标准化作业流程，设立相关的出厂检测工站，完善生产信息的记录与管理。通过以上举措确保每个出厂产品均符合安全标准，不会对用户造成安全风险。研发及生产过程中的人员安全作为激光产品厂商，在保障产品安全性的同时，也需要保障研发人员以及产线

48、工人的安全。为此需要设立激光安全专员，定期组织激光安全培训，定期对研发实验室、产品组装及测试工站进行安全风险评估，根据评估等级采取恰当的激光安全防护措施，控制工作人员暴露在激光辐射而引起危险的可能性，防护措施按照优先级高低可以包括设备控制措施、工程控制措施、管理控制措施、个人防护措施等。另外需要明确激光安全专员、部门主管、安全监督员、激光设备使用者等人员在激光安全管理过程中的职责。17激光产品人眼安全白皮书第四章激光产品人眼安全标准发展进程18激光产品人眼安全白皮书4.1 消费者对激光产品的认知和评价越来越多的产品运用到激光技术，为了能更好的了解消费者对于激光产品人眼安全的认知，特设计本问卷，

49、通过多渠道收集消费者反馈再进行统计和分析，深入挖掘消费者对于激光产品技术的了解，以及其对人眼安全的认知程度。多数的受访者对于激光的了解是既有可见光也有不可见光，其次是红外线，少量受访者认为紫外线也是激光的一种。实际上，以上三种皆在激光范畴中。激光技术确实默默服务于我们的生活而不为我们所感知，然而受访者们对于激光技术的应用是否成熟却没有太大的认识，41%的受访者对于激光技术的应用是否成熟不确定，30%的受访者则认为激光技术的应用是不成熟的。随着激光技术的不断发展与普及，越来越多的含有激光技术的产品出现在日常生活中，38%的受访者认为以下产品均含有激光技术，以及一些没有列举在此的产品如医疗美容仪器

50、及红外线瞄准器等。您对激光的理解是？（多选）红外线紫外线有可见光，也有不可见光50.0%23%80%数据来源：德国莱茵TV问卷调查智能手机VR 眼镜扫地机器人监控摄像头无人机无人驾驶汽车雷达人脸识别闸机/支付数据来源：德国莱茵TV问卷调查您认为目前激光技术的应用是否成熟？（单选）是否不确定29%30%41%您是否了解激光安全等级？（单选）是否9%91%数据来源：德国莱茵TV问卷调查同时，受访者们认为长期使用激光产品会对眼睛带来不同程度的伤害，如眼酸，眼胀甚至视力下降。而且，过多的激光接触也会造成皮肤色素沉淀，加速皮肤老化，严重情况下会导致皮肤灼伤。尽管消费者们对于激光的危害有或多或少的认知，但

51、是，在激光安全等级方面，91%的受访者表示并不了解。激光的安全等级是根据激光器所产生的激光对人体的损害程度而分类的，激光的分类从Class 1到Class 4。然而，只有18%的受访者知道Class 1的等级的激光产品才是无损害的，其他等级的激光均会给人体带来不同程度的伤害。19激光产品人眼安全白皮书您希望收到激光产品对于人眼安全的白皮书吗？（单选）希望不希望93%7%数据来源：德国莱茵TV问卷调查4.3 德国莱茵 TV 人眼安全认证德国莱茵TV作为国际知名的第三方检验检测机构，在激光产品的检测和认证领域已经深耕了几十年；在全球建立了数十家专业的激光安全及性能检测认证实验室，服务全球范围内的客

52、户。德国莱茵TV在大中华区的实验室是IECEE 认可的CBTL实验室，也拥有 CNAS和CMA资质。4.2 为激光制造业构建安全健康的环境呼应市场调研结果，构建全面激光安全健康环境势在必行，我们要正确的认知激光安全的必要性，正视用眼安全。What should we worry about?EyesProductEye is able to focus and magnify hazardsMost of eye hazards is irreversibleWe are“blind”to invisible lightStrong radiation means better quality

53、Complicated optical assessmentLack of market surveillance数据来源：德国莱茵TV问卷调查您知道符合哪个激光安全等级的产品才是安全的吗？（单选）Class 1Class 1Class 3RClass 4不清楚18%2%7%7%66%由于日常生活中涉及到的激光产品太普遍，通过此次调研，受访者们纷纷发表了关于激光产品的担忧，如人脸识别智能手机，儿童玩具，激光笔等，直接使用或间接接触这些产品、使用的频次过高或者使用不当等都会对眼睛带来不可磨灭的损伤。另外，还有部分受访者认为，激光不光会给眼睛和皮肤带来不同程度伤害，其辐射甚至会给人体带来更多的危害

54、如致癌等。因此，产品的安全性变得至关重要。市面上随处可见的激光产品，日常生活中的不可避免的接触，产品的安全性却不知道能否得到保障。同时，受访者们表示，关于如何降低激光给人体带来的危害的基本的防护知识及措施并没有得到很好的普及，并且希望能获得如何鉴定和辨识激光产品的安全性方面的知识。在挑选激光产品时，超过90%的受访者会优先选择具有人眼安全认证的产品来作为产品安全的判断依据。德国莱茵TV于2018年推出了激光产品人眼安全标准 2 PfG 2668/07.18 Evaluation of keyword:Eye Safe，该标准通过严格的产品激光安全检测，产品失效分析，环境测试，量产质量检验等环节

55、保证高风险的产品的设计，生产，使用能够保障人眼安全。图4.1 激光产品对人眼的潜在危害20激光产品人眼安全白皮书附一张人眼安全的失效分析图示例（比如face ID）：Face ID 使用的前置摄像模组里有三个关键器件，点阵投影(dot projector),泛光照明(flood illuminator)和红外相机(infrared camera)。其中点阵投影器，核心部分是一块激光发射芯片被称作 VCSEL(垂直腔面激光发射器)，ProductClassification Class 1 for Laser safety Exempt Group for photobiological saf

56、ety Sufficient user instruction Strict laser diode/LED source control Strict production quality control Laser/LED drive circuit failure mode evaluation Optical system failure mode evalution Software control failure mode evaluation Fail-Safe Design in according to IEC 61508 or ISO 13849 Extreme opera

57、ting temperature Vibration and shock Key component accelerated agingFMEAEnvironmental Condition&Aging点阵投影dot projector图4.3 Face ID 图例图4.4 VSCEL 图例红外相机infrared camera泛光照明flood illuminator潜在的失效模式潜在的失效后果预防控制匀光片的损坏或者位置的偏离导致激光均匀性变差或者功率密度的增加生厂商预防，德国莱茵TV检查，审核驱动电流变化导致激光功率的增大生厂商预防，德国莱茵TV检查，审核软件或应用程序开发人员访问并修改

58、激光参数以提高性能软件开发人员可能不知道关键组件的眼睛安全限制生厂商预防，德国莱茵TV检查，审核.安全要求 产品分级：符合产品等级Class 1 FMEA：电气/光学器件/软件的失效和危害的分析 符合厂商宣传的环境测试（温度、冲击、震动）关键元器件的寿命测试 每年的例行厂检来保证认证产品的一致性依据标准 国际非电离辐射保护委员会（ICNIRP）国际标准IEC 60825-1 ANSI Z136.1 FDA 21CFR Part 1040.10&11 功能安全标准IEC 61508 or ISO 13849产品覆盖范围 人眼设备（AR/VR）视觉医疗设备 激光雷达 手机 夜视相机 TV 莱茵人眼

59、安全认证标准我们期待大众都能意识到激光安全的重要性而后正视激光安全，共同构建健康的激光环境，让我们无忧的生活在智能的大时代。图4.2 TV莱茵人眼安全认证的三个维度图4.5 人眼安全失效分析表图4.6 德国莱茵TV人眼安全服务内容及要求 TV,TUEV and TUV are registered trademarks.Their use will require prior 关注我们的微信：TUV 莱茵德国莱茵TV大中华区TV Rheinland Greater China联系人：梁英电话：+86 21 6081 4532gc-marketing-为安全而莱，茵品质而生Here for safety.Born for quality.IN COOPERATION WITH