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).

Wat „Exempt Group“ betekent

IEC 62471 (EN 62471) definieert vier fotobiologische risicogroepen, geordend van laagste naar hoogste risico: Exempt (Vrijgestelde groep), Risicogroep 1 (laag risico), Risicogroep 2 (matig risico) en Risicogroep 3 (hoog risico). Een bron die volgens IEC 62471 als Exempt Group is ingedeeld, valt in de laagste risicocategorie die door de norm wordt gedefinieerd. Deze classificatie vormt geen garantie voor veiligheid onder alle mogelijke gebruiksomstandigheden in de praktijk. Volg daarom altijd de veiligheidsaanwijzingen in het tabblad Overzicht.

De FFVR-INDEX-V2 werd voor elke geëvalueerde gevarencategorie in de Exempt Group ingedeeld, voor beide geteste modules.

Wat er is getest

• Apparaat: Eye & Face Tracking Kit voor Valve Index, model FFVR-INDEX-V2
• Geëvalueerde componenten: de oogmodule en de gezichtsmodule. Beide oogmodules (links en rechts) zijn identiek van constructie en worden door dezelfde schakeling aangestuurd; het rapport evalueert het ontwerp van de oogmodule.
• Emissiemodus: continu (niet gepulseerd)

Hoe er is getest

• Norm: EN 62471:2008, Fotobiologische veiligheid van lampen en lampsystemen
• Laboratorium: Shenzhen Southern LCS Compliance Testing Co., Ltd.
• Testdatum: 16 april 2026 (rapport uitgegeven op 17 april 2026)
• Bedrijfsomstandigheden: 5 V DC-voeding, omgevingstemperatuur 25 ± 1 °C, stabiel
• Meetsysteem: EVERFINE OST-300, meetsysteem voor optische stralingsveiligheid
• Rapportnummer: LCSB03236073S

Gemeten emissies vs. EN 62471 blootstellingslimieten

De onderstaande tabellen tonen de in het testrapport vastgelegde waarden naast de toepasselijke Exempt Group-limieten. De gemeten waarden liggen binnen de toepasselijke limieten onder de testomstandigheden die in het genoemde rapport zijn beschreven. Waar gebruikt, staat α voor de hoekuitgestrektheid van de bron in radialen, zoals gedefinieerd per gevarencategorie in EN 62471.

Oogmodule

Gezichtsmodule

Download het testrapport (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.