Sauga

Pagrindai

Infraraudonoji (IR) spinduliuotė dažnai naudojama akių sekimo sistemose, kad apšviestų akį nematoma žmogaus akiai šviesa. Nors IR spinduliuotė yra natūrali mūsų aplinkos dalis (maždaug 50 % saulės spinduliuotės sudaro infraraudonoji spinduliuotė), ilgalaikis ar per didelis poveikis gali būti žalingas, ypač jautrioms sritims kaip akys.

Siekiant užtikrinti saugų naudojimą, nustatytos gairės, apibrėžiančios poveikio ribas pagal tokius veiksnius kaip paveikta kūno dalis (pvz., akis, oda), spinduliuotės bangos ilgis ir poveikio trukmė. Mano saugos vertinimas pirmiausia remiasi dviem autoritetingais šaltiniais:

ICNIRP (Tarptautinė nejonizuojančiosios spinduliuotės apsaugos komisija) yra nepriklausoma organizacija, teikianti moksliniais tyrimais pagrįstas gaires dėl nejonizuojančiosios spinduliuotės, įskaitant infraraudonąją, poveikio sveikatai. Jos poveikio ribos plačiai pripažįstamos ir naudojamos tarptautiniu mastu.

EN 62471 yra Europos standartas, pateikiantis detalius kriterijus optinės spinduliuotės šaltinių fotobiologinio saugumo vertinimui. Jis nustato poveikio slenksčius, siekiant užkirsti kelią šiluminei ir fotocheminei akių bei odos pažaidai.

Šie šaltiniai sudaro mano skaičiavimų, projektavimo sprendimų ir saugumo priemonių pagrindą, kurios sukurtos taip, kad sistemos IR poveikis liktų gerokai žemiau taikomų poveikio ribų. Kadangi abiejų šaltinių turinys ir ribos iš esmės sutampa, toliau detaliai paaiškinamas tik EN 62471 standartas. ICNIRP šaltiniai cituojami be papildomo aiškinimo.

EN 62471

EN 62471 vertina fotobiologinius pavojus nuo optinės spinduliuotės 200-3000 nm diapazone. Šio projekto kontekste aktualus ilgalaikis infraraudonasis poveikis esant maždaug 860 nm ilgiau nei 10 sekundžių, konkrečiai apimantis šiluminius pavojus tinklainei, šiluminį poveikį lęšiui ir šiluminę odos pažaidą.

Infraraudonosios spinduliuotės pavojaus poveikio akims ribos

IR spinduliuotę gali absorbuoti akies išorinės ir vidinės struktūros, įskaitant ragena ir lęšį, sukeldama lokalizuotą kaitimą. Kadangi IR spinduliuotė yra nematoma ir nesukelia natūralių apsauginių refleksų, akis ypač pažeidžiama netyčiniam pernelyg dideliam poveikiui. Kai poveikio trukmė viršija 1000 sekundžių, EN 62471 nustato griežtas spinduliuotės intensyvumo ribas, siekiant užkirsti kelią ūmiai šiluminei traumai ir sumažinti ilgalaikius degeneracinius padarinius, tokius kaip kataraktogenezė:

To avoid thermal injury of the cornea and possible delayed effects upon the lens of the eye (cataractogenesis), ocular exposure to infrared radiation, \(E_{IR}\), over the wavelength range 780 nm to 3000 nm, for times greater than 1000 s, shall not exceed [EN 62471 4.3.7]:

$$E_{IR} = \sum_{780}^{3000} E_{\lambda} \times \Delta \lambda \leq 100 \quad \left[\frac{\text{W}}{\text{m}^2}\right] \quad \text{for } (t > 1000 \text{ s})$$$$E_{IR} \leq 100 \frac{\text{W}}{\text{m}^2} = 10 \frac{\text{mW}}{\text{cm}^2} \quad \text{for } (t > 1000 \text{ s})$$

Where:

• \(E_{\lambda}\) is the spectral irradiance,
• \(\Delta \lambda\) is the bandwidth,
• \(t\) is the exposure duration,
• \(E_{IR}\) is the infrared irradiance (total IR radiation power per unit area over the wavelength range 780-3000 nm).

Tinklainės šiluminio pavojaus poveikio riba (silpnas vizualinis stimulas)

Skirtingai nuo bendrų spinduliuotės ribų, kurios daugiausia sprendžia šiluminį poveikį priekinėms akies dalims, tinklainės šiluminio pavojaus poveikio riba orientuota į tinklainės pažeidimo riziką, kurią sukelia infraraudonoji spinduliuotė. Net kai vizualinis stimulas yra silpnas ar vos pastebimas, spinduliuotė gali būti sukoncentruota ant tinklainės, sukeldama lokalizuotą kaitimą ir galimą traumą. Kadangi tinklainė ypač jautri temperatūros padidėjimui, EN 62471 nustato griežtas trumpalaikio poveikio ribas, siekiant apsaugoti tinklainės ląsteles nuo negrįžtamos šiluminės žalos.

For an infrared heat lamp or any near-infrared source where a weak visual stimulus is inadequate to activate the aversion response; the near infrared (780 nm to 1400 nm) radiance, \(L_{IR}\), as viewed by the eye for exposure times greater than 10 s shall be limited to [EN 62471 4.3.6]:

$$L_{IR} = \sum_{780}^{1400} L_{\lambda} \times R(\lambda) \times \Delta \lambda \leq \frac{6000}{\alpha} \quad \left[\frac{\text{W}}{\text{m}^2 \cdot \text{sr}}\right] \quad \text{for } (t > 10 \text{ s})$$

Where:

• \(L\) is the spectral radiance,
• \(R(\lambda)\) is the burn hazard weighting function,
• \(\Delta \lambda\) is the bandwidth in nm,
• \(t\) is the exposure time in seconds,
• \(\alpha\) is the angular subtense in radians.

Šiluminio pavojaus poveikio odai riba

Be akių saugos, EN 62471 taip pat nagrinėja šiluminės odos pažeidimo riziką, kurią sukelia ilgalaikis infraraudonosios spinduliuotės poveikis. Kadangi oda gali absorbuoti IR spinduliuotę dideliame plote, pernelyg didelis poveikis gali sukelti paviršiaus kaitimą, nudegimus ar ilgalaikę audinių pažaidą. Tačiau standarte pažymima, kad poveikio trukmei viršijant 10 sekundžių didesniuose plotuose, skausmas paprastai jaučiamas anksčiau nei atsiranda faktinis audinių pažeidimas. Dėl to natūralus asmens vengimo refleksas dėl diskomforto paprastai apriboja poveikį gerokai prieš galimą traumą. Dėl šios priežasties šiluminio pavojaus odai poveikio ribos toliau nenagrinėjamos.

[...] exposure limit is based on skin injury due to a rise in tissue temperature and applies only to small area irradiation. Exposure limits for periods greater than 10 s are not provided. Severe pain occurs below the skin temperature required for skin injury, and an individual's exposure normally will be limited for comfort. Large area irradiation and heat stress are not evaluated since this involves consideration of heat exchange between the individual and the environment, physical activity, and various other factors, which cannot be applied in a product safety standard, but must be evaluated by environmental heat-stress criteria. [EN 62471 4.3.8 (Note)]

ICNIRP

ICNIRP - Tarptautinė nejonizuojančiosios spinduliuotės apsaugos komisija - yra nepriklausoma organizacija, teikianti mokslines gaires dėl nejonizuojančiosios spinduliuotės, įskaitant infraraudonąją, poveikio sveikatai. 2006 ir 2013 m. publikacijose ICNIRP nagrinėja poveikio ribas ir galimą poveikį sveikatai. 2006 m. straipsnis ICNIRP Guidelines on Limits of Exposure to Broad-Band Incoherent Optical Radiation (2006) apima atitinkamą odos poveikio ribą formulėje 4b, 639 puslapyje (arba 11 dokumento puslapyje). 2013 m. straipsnis ICNIRP Guidelines on Limits of Exposure to Incoherent Visible and Infrared Radiation (2013) pateikia atnaujintą ribą formulėje 21, 88 puslapyje (arba 18 dokumento puslapyje).

Rezultatas

FFVR-INDEX-V2 buvo priskirtas Exempt Group kiekvienoje vertintoje pavojaus kategorijoje, abiem šviečiantiems moduliams ir abiem tirtiems atstumams.

EN 62471 skirsto optinius šaltinius į keturias fotobiologines rizikos grupes, išdėstytas nuo mažiausios iki didžiausios rizikos: Exempt (nerizikinga grupė), 1 rizikos grupė (maža rizika), 2 rizikos grupė (vidutinė rizika) ir 3 rizikos grupė (didelė rizika). Exempt yra žemiausia standarto apibrėžta kategorija. Šaltinis į ją patenka tada, kai nė vienomis standarto vertinamomis poveikio sąlygomis nekelia fotobiologinio pavojaus, taigi išlieka saugus be laiko apribojimo ir be įspėjimo.

Vis dėlto laboratorinis priskyrimas apibūdina prietaisą apibrėžtomis bandymo sąlygomis. Tai nėra saugumo garantija visomis įmanomomis realiomis sąlygomis ir nepakeičia protingo naudojimo. Todėl visada laikykis saugos nurodymų kortelėje Apžvalga.

Kas ir kaip buvo tiriama

• Prietaisas: Eye & Face Tracking Kit skirtas Valve Index, modelis FFVR-INDEX-V2
• Vertinti komponentai: akių modulis ir veido modulis. Kairysis ir dešinysis akių moduliai yra identiškos konstrukcijos ir valdomi tos pačios grandinės, todėl ataskaitose vertinama viena akių modulio konstrukcija.
• Spinduoliai: ROHM CSL1501RW1 akių modulyje (smailė 860 nm) ir XINGLIGHT XL-3216HIRC-850 veido modulyje (smailė 850 nm), abu spinduliuojantys nuolatiniu, o ne impulsiniu režimu
• Standartas: EN 62471:2008, Lempų ir lempų sistemų fotobiologinis saugumas
• Laboratorija: Shenzhen Southern LCS Compliance Testing Co., Ltd.
• Matavimo sistema: EVERFINE OST-300, optinės spinduliuotės saugos matavimo sistema
• Darbo sąlygos: DC 5 V maitinimas, stabili 25 ± 1 °C aplinkos temperatūra ir LED tiesioginės srovės: 6,06 mA akių modulyje ir 9,1 mA veido modulyje

Kodėl tirta dviem atstumais

EN 62471 pateikia pavojaus vertes nustatytu atstumu. Šaltiniams, kurie nėra bendrojo apšvietimo lempos, šis atstumas yra 200 mm. Tai ataskaitų teikimo susitarimas, o ne teiginys apie tai, kaip gaminys naudojamas: būtent fiksuotas atstumas leidžia vienodomis sąlygomis palyginti skirtingų gaminių rezultatus.

Tačiau ausinės nėra už 200 mm nuo akies. Akių modulio šviestuvai yra maždaug už 15 mm, taigi gerokai arčiau nei standarto atskaitos atstumas. Vien 200 mm ataskaita apibūdintų konfigūraciją, kuri įprastai naudojant niekada nesusidaro. Todėl įranga buvo pateikta tyrimams du kartus:

• Ties 200 mm, standarto atskaitos atstumu. EN 62471 nurodyta konfigūracija, dėl kurios rezultatas tiesiogiai palyginamas su bet kuriuo kitu pagal šį standartą ištirtu gaminiu. Ataskaita LCSB03236073S, tirta 2026 m. balandžio 16 d.
• Ties 15 mm, tikruoju darbiniu atstumu. Atstumas, kuriuo moduliai įprastai naudojant yra nutolę nuo akies; ataskaitoje jis užfiksuotas kaip užsakovo nurodytas bandymo atstumas. Ataskaita LCSB07106047S, tirta 2026 m. liepos 24 d.

Nuo kada yra per arti?

Tokio tipo infraraudonųjų spindulių šaltiniui lemiama riba yra \(E_{IR}\), akį pasiekiantis infraraudonųjų spindulių apšvitos intensyvumas. EN 62471 jį riboja iki \(100 \frac{\text{W}}{\text{m}^2}\), kai poveikis trunka ilgiau nei 1000 s, o į šį ruožą patenka kiekviena VR sesija. Darbiniu atstumu matavimas rodo:

• Akių modulis ties 15 mm: \(0{,}19 \frac{\text{W}}{\text{m}^2}\), tai 530 kartų mažiau už ribą

Kadangi ta pati įranga išmatuota dviem atstumais, galima ekstrapoliuoti dar arčiau. Spinduliuotė silpnėja kur kas lėčiau, nei silpnėtų vieno taškinio šaltinio atveju, nes šviestuvai sudaro išplėstinį atskirų spinduolių žiedą. Vis dėlto skaičiuoti pagal statesnį atvirkštinių kvadratų dėsnį yra atsargesnis pasirinkimas, ir būtent juo remiasi toliau pateikiamas skaičius. Tai tebėra ekstrapoliacija, o ne matavimas: ataskaitose nenurodytas matavimo neapibrėžtumas, o LED skirstymas į grupes ir tiesioginė srovė skiriasi tarp atskirų egzempliorių.

Net ir remiantis šia pesimistine prielaida akių modulis ribą pasiektų tik maždaug už 0,65 mm nuo spinduolio. Toks atstumas praktiškai neįmanomas. Modulio korpusas laiko šviestuvus jų darbiniu maždaug 15 mm atstumu, o akis negali patekti į vidų, todėl nėra padėties, kurią nešiotojas galėtų užimti ir kurioje infraraudonųjų spindulių poveikis priartėtų prie ribos.

Visos ataskaitos

• EN 62471 bandymo ataskaita ties 200 mm atskaitos atstumu (PDF, 18 psl.) →
• EN 62471 bandymo ataskaita ties 15 mm darbiniu atstumu (PDF, 18 psl.) →

Siekiant apriboti infraraudonąją emisiją, LED srovė ribojama trimis nepriklausomais mechanizmais, apimančiais tiek aparatinę, tiek programinę įrangą, sukurtais taip, kad srovės ribojimas nesiremtų vien programine įranga.

Be to, reikšmingas IR lygio padidėjimas praktikoje paprastai taptų matomas: perkaitinimas akių sekimo programoje sukelia nublukusį ar nepanaudojamą vaizdą, signalizuojantį, kad kažkas negerai.

Akių saugos priemonės

Aparatinėje įrangoje yra trys nepriklausomi saugos mechanizmai, ribojantys srovę ir todėl LED išėjimo galią:

Programinė srovės kontrolė
LED srovė reguliuojama programiškai, leidžiant tiksliai valdyti ryškumą. Firmware nustatyta maksimali riba, kuri normaliomis sąlygomis išlaiko LED numatytame darbo diapazone.

Aparatinis ribojimas per AW9967DNR LED tvarkyklę
LED tvarkyklė (AW9967DNR) turi integruotą srovės ribotuvą, kuris nustato griežtą maksimumą kiekvienam išėjimo kanalui. Ši aparatinė apsauga sukurta taip, kad išlaikytų srovę žemiau iš anksto nustatytų verčių net jei programinė įranga sugestų ar veiktų nenormaliai.

Polisaugiklio apsauga (10 mA kiekvienam akių moduliui)
Kiekvienas akių modulis apsaugotas savo polisaugikliu, nustatytu suveikti esant maždaug 10 mA. Jei dėl bet kokios priežasties aparatinis srovės ribojimas nesuveiktų, polisaugiklis apriboja srovę žymiai padidindamas savo varžą. Kai normalios sąlygos atkuriamos, saugiklis automatiškai atsistato.