Veiligheid

Basisprincipes

Infrarood (IR) straling wordt veel gebruikt in eye-trackingsystemen om het oog te verlichten zonder zichtbaar te zijn voor het menselijk oog. Hoewel IR-straling een natuurlijk onderdeel is van onze omgeving (ongeveer 50% van zonnestraling is infrarood), kan langdurige of overmatige blootstelling schadelijk zijn, vooral voor gevoelige gebieden zoals de ogen.

Om veilig gebruik te waarborgen zijn er richtlijnen opgesteld die blootstellingslimieten definiëren op basis van factoren zoals het betrokken lichaamsdeel (bijv. oog, huid), de golflengte van de straling en de duur van de blootstelling. Mijn veiligheidsbeoordeling is voornamelijk gebaseerd op twee gezaghebbende bronnen:

De ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) is een onafhankelijke organisatie die wetenschappelijk onderbouwde richtlijnen biedt over de gezondheidseffecten van niet-ioniserende straling, waaronder infrarood. Hun blootstellingslimieten worden internationaal erkend en gebruikt.

EN 62471 is een Europese norm die gedetailleerde criteria biedt voor het evalueren van de fotobiologische veiligheid van optische stralingsbronnen. De norm specificeert blootstellingsdrempels om thermische en fotochemische schade aan ogen en huid te voorkomen.

Deze bronnen vormen de basis van mijn berekeningen, ontwerpbeslissingen en veiligheidsmaatregelen, die zijn ontworpen om de IR-blootstelling van het systeem ruim onder de toepasselijke blootstellingslimieten te houden. Aangezien de inhoud en limieten van beide referenties in wezen identiek zijn, wordt hieronder alleen de EN 62471-norm in detail uitgelegd. De ICNIRP-bronnen worden geciteerd zonder verdere toelichting.

EN 62471

EN 62471 evalueert fotobiologische gevaren van optische straling in het bereik van 200-3000 nm. In de context van dit project is continue infraroodblootstelling bij ongeveer 860 nm gedurende meer dan 10 seconden relevant, specifiek met betrekking tot thermische gevaren voor het netvlies, thermische effecten op de lens en thermische schade aan de huid.

Blootstellingslimieten voor infraroodstraling voor het oog

IR-straling kan worden geabsorbeerd door de buitenste en binnenste structuren van het oog, waaronder het hoornvlies en de lens, wat leidt tot plaatselijke opwarming. Aangezien IR-straling onzichtbaar is en geen natuurlijke beschermende reflexen activeert, is het oog bijzonder kwetsbaar voor onbedoelde overblootstelling. Voor blootstellingsduren langer dan 1000 seconden stelt EN 62471 strikte bestralingslimieten vast om acute thermische schade te voorkomen en langetermijn-degeneratieve effecten zoals cataractogenese te minimaliseren:

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).

Thermische gevaarslimiet voor het netvlies (zwakke visuele stimulus)

In tegenstelling tot de algemene stralingslimieten die zich voornamelijk richten op thermische effecten op de voorkant van het oog, richt de thermische gevaarslimiet voor het netvlies zich op het risico van schade aan het netvlies door infraroodstraling. Zelfs wanneer de visuele stimulus zwak of nauwelijks waarneembaar is, kan de straling worden geconcentreerd op het netvlies, wat plaatselijke opwarming en mogelijk letsel veroorzaakt. Omdat het netvlies bijzonder gevoelig is voor temperatuurstijgingen, stelt EN 62471 strikte blootstellingslimieten vast voor korte duren om netvliescellen te beschermen tegen onomkeerbare thermische schade.

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.

Thermische gevaarslimiet voor de huid

Naast oculaire veiligheid behandelt EN 62471 ook het risico van thermisch letsel aan de huid veroorzaakt door langdurige blootstelling aan infraroodstraling. Aangezien de huid IR-straling over een breed oppervlak kan absorberen, kan overmatige blootstelling leiden tot oppervlakteopwarming, brandwonden of langetermijnweefselschade. Voor blootstellingsduren van meer dan 10 seconden over grotere oppervlakken merkt de norm echter op dat pijn doorgaans wordt waargenomen voordat daadwerkelijke weefselschade optreedt. Hierdoor beperkt de natuurlijke aversierespons van een persoon door ongemak de blootstelling doorgaans ruim voordat letsel mogelijk is. Om deze reden worden thermische gevaarslimiten voor de huid niet verder behandeld.

[...] 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, de International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, is een onafhankelijke organisatie die wetenschappelijke begeleiding biedt over de gezondheidseffecten van niet-ioniserende straling, waaronder infrarood. In publicaties uit 2006 en 2013 behandelt ICNIRP blootstellingslimieten en mogelijke gezondheidseffecten. Het paper uit 2006, ICNIRP Guidelines on Limits of Exposure to Broad-Band Incoherent Optical Radiation (2006), bevat de relevante huidblootstellingslimiet in formule 4b op pagina 639 (of pagina 11 van het document). Het paper uit 2013, ICNIRP Guidelines on Limits of Exposure to Incoherent Visible and Infrared Radiation (2013), presenteert een bijgewerkte limiet in formule 21 op pagina 88 (of pagina 18 van het document).

Het resultaat

De FFVR-INDEX-V2 is voor elke beoordeelde gevarencategorie ingedeeld in de Exempt Group, voor beide verlichte modules en op beide geteste afstanden.

EN 62471 deelt optische bronnen in vier fotobiologische risicogroepen in, geordend van laagste naar hoogste risico: Exempt (vrijgestelde groep), Risicogroep 1 (laag risico), Risicogroep 2 (matig risico) en Risicogroep 3 (hoog risico). Exempt is de laagste categorie die de norm definieert. Een bron komt daarin terecht wanneer zij onder geen van de door de norm beoordeelde blootstellingsomstandigheden een fotobiologisch gevaar vormt, dus zonder tijdslimiet of waarschuwing veilig blijft.

Een laboratoriumindeling beschrijft echter een apparaat onder gedefinieerde testomstandigheden. Ze is geen garantie voor veiligheid onder alle denkbare praktijkomstandigheden en vervangt geen verstandig gebruik. Volg daarom altijd de veiligheidsinstructies op het tabblad Overzicht.

Wat er is getest, en hoe

• Apparaat: Eye & Face Tracking Kit voor Valve Index, model FFVR-INDEX-V2
• Beoordeelde componenten: de oogmodule en de gezichtsmodule. De linker- en rechteroogmodule zijn identiek van constructie en worden door dezelfde schakeling aangestuurd; de rapporten beoordelen daarom één oogmoduleontwerp.
• Emitters: ROHM CSL1501RW1 in de oogmodule (piek 860 nm) en XINGLIGHT XL-3216HIRC-850 in de gezichtsmodule (piek 850 nm), beide met continue in plaats van gepulste emissie
• Norm: EN 62471:2008, Fotobiologische veiligheid van lampen en lampsystemen
• Laboratorium: Shenzhen Southern LCS Compliance Testing Co., Ltd.
• Meetsysteem: EVERFINE OST-300, meetsysteem voor optische stralingsveiligheid
• Bedrijfsomstandigheden: DC 5 V voeding, stabiele omgevingstemperatuur van 25 ± 1 °C en LED-doorlaatstromen van 6,06 mA in de oogmodule en 9,1 mA in de gezichtsmodule

Waarom op twee afstanden is getest

EN 62471 rapporteert gevaarwaarden op een vaste afstand. Voor bronnen die geen lampen voor algemene verlichting zijn, bedraagt die afstand 200 mm. Dat is een rapportageconventie en geen uitspraak over hoe een product wordt gebruikt: juist die vaste afstand maakt resultaten van verschillende producten onderling vergelijkbaar.

Een headset zit echter niet op 200 mm van het oog. De verlichting van de oogmodule zit ongeveer 15 mm weg, dus ruim binnen de referentieafstand van de norm. Een rapport op alleen 200 mm zou dus een configuratie beschrijven die in normaal gebruik nooit voorkomt. De hardware is daarom twee keer ingediend:

• Op 200 mm, de referentieafstand van de norm. De configuratie die EN 62471 voorschrijft, waardoor het resultaat direct vergelijkbaar is met elk ander product dat aan deze norm is getoetst. Rapport LCSB03236073S, getest op 16 april 2026.
• Op 15 mm, de werkelijke gebruiksafstand. De afstand waarop de modules zich in normaal gebruik van het oog bevinden, in het rapport vastgelegd als een door de klant opgegeven testafstand. Rapport LCSB07106047S, getest op 24 juli 2026.

Wanneer is het te dichtbij?

De bepalende limiet voor een infraroodbron van dit type is \(E_{IR}\), de infrarode bestralingssterkte die het oog bereikt. EN 62471 begrenst die op \(100 \frac{\text{W}}{\text{m}^2}\) voor blootstellingen langer dan 1000 s, het bereik waarin elke VR-sessie valt. Op de gebruiksafstand levert de meting op:

• Oogmodule op 15 mm: \(0{,}19 \frac{\text{W}}{\text{m}^2}\), een factor 530 onder de limiet

Omdat dezelfde hardware op twee afstanden is gemeten, kan verder naar binnen worden geëxtrapoleerd. De emissie neemt veel geleidelijker af dan bij één puntbron, doordat de verlichting een uitgestrekte ring van afzonderlijke emitters is. Toch rekenen met de steilere kwadratische afstandswet is daarom de voorzichtige keuze, en dat is wat aan het onderstaande getal ten grondslag ligt. Het blijft een extrapolatie en geen meting: de rapporten vermelden geen meetonzekerheid, en LED-binning en doorlaatstroom verschillen per exemplaar.

Zelfs op die pessimistische basis zou de oogmodule de limiet pas bereiken op ongeveer 0,65 mm van een emitter. Die afstand kan in de praktijk niet voorkomen. De modulebehuizing houdt de verlichting op haar gebruiksafstand van ongeveer 15 mm en het oog kan er niet in bewegen, dus er is geen positie die een drager kan innemen waarbij de infraroodblootstelling in de buurt van de limiet komt.

De volledige rapporten

• EN 62471-testrapport op 200 mm referentieafstand (PDF, 18 pagina's) →
• EN 62471-testrapport op 15 mm gebruiksafstand (PDF, 18 pagina's) →

Om de infraroodemissies te beperken, wordt de LED-stroom begrensd door drie onafhankelijke mechanismen in zowel hardware als software, zo ontworpen dat de stroombegrenzing niet uitsluitend afhankelijk is van software.

Bovendien zou een aanzienlijke toename van de IR-output in de praktijk normaal gesproken zichtbaar worden: overbelichting in de eye-trackingapplicatie resulteert in een uitgewassen of onbruikbaar beeld, wat aangeeft dat er iets niet klopt.

Veiligheidsmaatregelen voor de ogen

De hardware bevat drie onafhankelijke veiligheidsmechanismen die de stroom en daarmee het LED-uitgangsvermogen beperken:

Softwarematige stroombegrenzing
De LED-stroom is instelbaar via software, wat nauwkeurige controle over de helderheid mogelijk maakt. Er wordt een maximumlimiet afgedwongen in de firmware, waardoor de LED's onder normale omstandigheden binnen het beoogde werkbereik blijven.

Hardwarebegrenzing via de AW9967DNR LED-driver
De LED-driver (AW9967DNR) heeft een ingebouwde stroombegrenzer die een harde limiet per uitgangskanaal instelt. Deze hardwarematige beveiliging is ontworpen om de stroom onder vooraf bepaalde waarden te houden, zelfs als de software faalt of zich misdraagt.

Polyfuse-bescherming (10 mA per oogmodule)
Elke oogmodule wordt beschermd door een eigen polyfuse die rond 10 mA afslaat. Als om welke reden dan ook de hardwarestroombegrenzing faalt, beperkt de polyfuse de stroom door zijn weerstand aanzienlijk te verhogen. Zodra normale omstandigheden zijn hersteld, reset de zekering automatisch.