Bezpieczeństwo

Podstawy

Promieniowanie podczerwone (IR) jest powszechnie stosowane w systemach eye tracking do oświetlania oka w sposób niewidoczny dla ludzkiego oka. Choć promieniowanie IR jest naturalną częścią naszego otoczenia (ok. 50% promieniowania słonecznego to promieniowanie podczerwone), długotrwała lub nadmierna ekspozycja może być szkodliwa, szczególnie dla wrażliwych obszarów takich jak oczy.

Żeby zapewnić bezpieczne użytkowanie, ustanowiono wytyczne definiujące limity ekspozycji w oparciu o czynniki takie jak eksponowana część ciała (np. oko, skóra), długość fali promieniowania i czas ekspozycji. Moja ocena bezpieczeństwa opiera się przede wszystkim na dwóch autorytatywnych źródłach:

ICNIRP (Międzynarodowa Komisja ds. Ochrony przed Promieniowaniem Niejonizującym) to niezależna organizacja dostarczająca naukowo uzasadnione wytyczne dotyczące wpływu promieniowania niejonizującego na zdrowie, w tym promieniowania podczerwonego. Ich limity ekspozycji są szeroko uznawane i stosowane na całym świecie.

EN 62471 to norma europejska określająca szczegółowe kryteria oceny bezpieczeństwa fotobiologicznego optycznych źródeł promieniowania. Określa progi ekspozycji zapobiegające termicznym i fotochemicznym uszkodzeniom oczu i skóry.

Te źródła stanowią fundament moich obliczeń, decyzji projektowych i środków bezpieczeństwa, które mają utrzymywać ekspozycję IR z systemu znacznie poniżej obowiązujących limitów ekspozycji. Ponieważ treść i limity obu źródeł są zasadniczo identyczne, poniżej szczegółowo opisana jest tylko norma EN 62471. Źródła ICNIRP są cytowane bez dodatkowych wyjaśnień.

EN 62471

EN 62471 ocenia zagrożenia fotobiologiczne od promieniowania optycznego w zakresie 200-3000 nm. W kontekście tego projektu istotna jest ciągła ekspozycja na promieniowanie podczerwone przy około 860 nm przez okres dłuższy niż 10 sekund, konkretnie zagrożenia termiczne dla siatkówki, efekty termiczne na soczewkę i uszkodzenia termiczne skóry.

Limity ekspozycji na promieniowanie podczerwone dla oka

Promieniowanie IR może być pochłaniane przez zewnętrzne i wewnętrzne struktury oka, w tym rogówkę i soczewkę, prowadząc do miejscowego nagrzewania. Ponieważ promieniowanie IR jest niewidoczne i nie wyzwala naturalnych odruchów ochronnych, oko jest szczególnie podatne na niezamierzoną nadmierną ekspozycję. Dla czasów ekspozycji dłuższych niż 1000 sekund, EN 62471 ustala ścisłe limity napromieniowania, żeby zapobiec ostrym urazom termicznym i zminimalizować długoterminowe efekty degeneracyjne jak kataraktogeneza:

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).

Limit ekspozycji termicznej siatkówki (słaby bodziec wzrokowy)

W odróżnieniu od ogólnych limitów promieniowania, które odnoszą się przede wszystkim do efektów termicznych na przednie części oka, limit ekspozycji termicznej siatkówki koncentruje się na ryzyku uszkodzenia siatkówki promieniowaniem podczerwonym. Nawet gdy bodziec wzrokowy jest słaby lub ledwo zauważalny, promieniowanie może się koncentrować na siatkówce, powodując miejscowe nagrzewanie i potencjalne urazy. Ponieważ siatkówka jest szczególnie wrażliwa na wzrost temperatury, EN 62471 ustanawia ścisłe limity ekspozycji dla krótkich czasów trwania, żeby chronić komórki siatkówki przed nieodwracalnymi uszkodzeniami termicznymi.

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.

Limit ekspozycji termicznej dla skóry

Oprócz bezpieczeństwa oczu, EN 62471 odnosi się również do ryzyka urazu termicznego skóry spowodowanego przedłużoną ekspozycją na promieniowanie podczerwone. Ponieważ skóra może pochłaniać promieniowanie IR na dużej powierzchni, nadmierna ekspozycja może prowadzić do nagrzewania powierzchni, oparzeń lub długoterminowego uszkodzenia tkanek. Jednak dla czasów ekspozycji przekraczających 10 sekund na większych powierzchniach, norma wskazuje, że ból jest zazwyczaj odczuwany przed wystąpieniem rzeczywistego uszkodzenia tkanek. W rezultacie naturalna reakcja awersyjna na dyskomfort zazwyczaj ogranicza ekspozycję na długo przed możliwością urazu. Z tego powodu limity ekspozycji termicznej dla skóry nie są dalej rozważane.

[...] 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, Międzynarodowa Komisja ds. Ochrony przed Promieniowaniem Niejonizującym, to niezależna organizacja dostarczająca naukowe wytyczne dotyczące wpływu promieniowania niejonizującego na zdrowie, w tym promieniowania podczerwonego. W swoich publikacjach z 2006 i 2013 roku ICNIRP odnosi się do limitów ekspozycji i potencjalnych skutków zdrowotnych. Artykuł z 2006 roku, ICNIRP Guidelines on Limits of Exposure to Broad-Band Incoherent Optical Radiation (2006), zawiera odpowiedni limit ekspozycji skóry we wzorze 4b na stronie 639 (lub stronie 11 dokumentu). Artykuł z 2013 roku, ICNIRP Guidelines on Limits of Exposure to Incoherent Visible and Infrared Radiation (2013), przedstawia zaktualizowany limit we wzorze 21 na stronie 88 (lub stronie 18 dokumentu).

Co oznacza „Exempt Group”

IEC 62471 (EN 62471) definiuje cztery fotobiologiczne grupy ryzyka, uporządkowane od najniższego do najwyższego ryzyka: Exempt (grupa wolna od ryzyka), Grupa ryzyka 1 (niskie ryzyko), Grupa ryzyka 2 (umiarkowane ryzyko) i Grupa ryzyka 3 (wysokie ryzyko). Źródło zaklasyfikowane do Exempt Group według IEC 62471 znajduje się w najniższej kategorii ryzyka zdefiniowanej przez normę. Ta klasyfikacja nie stanowi gwarancji bezpieczeństwa we wszystkich możliwych rzeczywistych warunkach użytkowania. Z tego powodu zawsze przestrzegaj wskazówek bezpieczeństwa w zakładce Przegląd.

FFVR-INDEX-V2 został zaklasyfikowany do Exempt Group w każdej ocenianej kategorii zagrożeń, dla obu testowanych modułów.

Co zostało przetestowane

• Urządzenie: Eye & Face Tracking Kit do Valve Index, model FFVR-INDEX-V2
• Oceniane komponenty: moduł oka i moduł twarzy. Oba moduły oka (lewy i prawy) mają identyczną konstrukcję i są sterowane przez ten sam układ; raport ocenia konstrukcję modułu oka.
• Tryb emisji: ciągły (nie impulsowy)

Jak zostało przetestowane

• Norma: EN 62471:2008, Bezpieczeństwo fotobiologiczne lamp i systemów lampowych
• Laboratorium: Shenzhen Southern LCS Compliance Testing Co., Ltd.
• Data testu: 16 kwietnia 2026 (raport wydany 17 kwietnia 2026)
• Warunki pracy: zasilanie DC 5 V, temperatura otoczenia 25 ± 1 °C, stabilna
• System pomiarowy: EVERFINE OST-300, system do badania bezpieczeństwa promieniowania optycznego
• Numer raportu: LCSB03236073S

Zmierzone emisje vs. limity ekspozycji EN 62471

Poniższe tabele przedstawiają wartości zapisane w raporcie z badań obok obowiązujących limitów Exempt Group. Zmierzone wartości mieszczą się w obowiązujących limitach w warunkach badania opisanych w przywołanym raporcie. Tam, gdzie występuje, α oznacza kąt zawarty źródła w radianach, zgodnie z definicją dla danej kategorii zagrożeń w EN 62471.

Moduł oka

Moduł twarzy

Pobierz raport z badań (PDF, 18 stron) →

Żeby ograniczyć emisję podczerwieni, prąd LED jest ograniczany przez trzy niezależne mechanizmy obejmujące zarówno sprzęt, jak i oprogramowanie, zaprojektowane tak, żeby ograniczanie prądu nie opierało się wyłącznie na oprogramowaniu.

Ponadto znaczny wzrost natężenia IR normalnie byłby widoczny w praktyce: prześwietlenie w aplikacji eye tracking skutkuje wyblakłym lub nieużywalnym obrazem, wskazując, że coś jest nie tak.

Zabezpieczenia oczu

Sprzęt zawiera trzy niezależne mechanizmy bezpieczeństwa ograniczające prąd, a tym samym moc wyjściową LED:

Programowe ograniczanie prądu
Prąd LED jest regulowany programowo, umożliwiając precyzyjną kontrolę jasności. Limit maksymalny jest wymuszany w firmware, utrzymując LEDy w zamierzonym zakresie roboczym w normalnych warunkach.

Ograniczenie sprzętowe przez sterownik LED AW9967DNR
Sterownik LED (AW9967DNR) ma wbudowany ogranicznik prądu ustawiający twardy limit na każdy kanał wyjściowy. To zabezpieczenie sprzętowe ma utrzymywać prąd poniżej zdefiniowanych wartości nawet w razie awarii lub nieprawidłowego działania oprogramowania.

Ochrona polyfuse (10 mA na moduł oka)
Każdy moduł oka jest chroniony własnym polyfuse o progu zadziałania ok. 10 mA. Jeśli z jakiegokolwiek powodu sprzętowy limit prądu zawiedzie, polyfuse ogranicza prąd przez znaczne zwiększenie swojej rezystancji. Po przywróceniu normalnych warunków bezpiecznik resetuje się automatycznie.