汽车激光雷达:安全问题引发了大约1550 nm激光雷达

对于1550 nm是比905 nm更安全的汽车激光雷达波长的假设,人们提出了质疑。这个故事并不简单。

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人们对以下广泛的假设表示怀疑: 1550纳米 与当前系统中使用的905 nm波长相比,用于汽车激光雷达的固有波长将更安全。激光安全经常发生,问题并不像看起来那样简单,在某些情况下,1550 nm的光可能会造成眼睛受伤或被人发现。或损坏硅传感器 标称在较短波长处截止.

之所以选择905 nm的波长用于早期的汽车激光雷达,是因为脉冲二极管激光发射器容易获得,相对便宜,并且可以轻松地安装在自动驾驶汽车顶部安装的旋转激光雷达中。但是,眼睛确实将905 nm的光传输到视网膜,因此,眼睛安全规则要求限制该波长的发射,这实际上将许多汽车激光雷达的范围限制在100 m左右。该范围足以识别危险并在城市中心停止以20到30 mph的速度行驶的自动驾驶出租车,但是对于以高速公路速度行驶的自动驾驶汽车来说,该范围并不足够。该限制和激光雷达的高成本是导致 特斯拉汽车公司在其自动驾驶系统中未使用激光雷达.

眼睛的角膜,晶状体以及房水和玻璃体液吸收的波长超过1400 nm 激光安全顾问Ken Barat表示,其强度如此之高,以至于基本上没有光到达视网膜,并且在更长的波长处,视网膜损伤的阈值比可见光和近红外光要高得多。因此,与905 nm相比,1550 nm通信频带中的激光雷达可以安全地发射更高的功率,并且射程更长。这显然是汽车应用的吸引力,但是任何功率都无法使1550 nm的眼睛安全。在1550 nm处具有足够功率的激光脉冲会损坏角膜和晶状体,但在较短波长处,阈值高于视网膜的阈值,因为角膜和晶状体不如视网膜敏感,并且光线不会像原来那样聚焦在眼睛内在视网膜上。

激光雷达的先驱Velodyne Laser(加利福尼亚州圣何塞)说,其905 nm激光雷达被归为1类,在任何情况下都不会造成眼睛伤害,因为两个毫瓦光束一直在扫描,因此它们会扫过人的眼睛大约在一毫秒内。 Velodyne补充说,在给定范围内,1550 nm激光雷达可能需要更高的功率,因为​​更长的波长会受到来自大气水分的更多散射。

早期的开发人员很少披露有关其1550 nm激光雷达的详细信息,因此许多观察者认为他们还使用了二极管激光器。但是,光纤激光器可提供更好的光束质量,并具有其他性能优势。 Luminar Technologies(佛罗里达州奥兰多)的技术策略主管Matthew Weed说:“据我们所知,使用1550 nm的汽车激光雷达的每个人都在使用某种形式的光纤放大”,其波长小于1微米。 Luminar的光纤激光雷达可放大来自二极管激光器的种子脉冲。

Luminar的激光雷达也符合1级安全标准。他们的设计抑制了波长在1540至1560 nm范围外的光,从而提高了功率效率并降低了噪声。测试证实了对其他波长的抑制,但是该公司发现,在某些情况下,通常会截止1100 nm左右的硅传感器可以响应其1550 nm激光雷达。韦德说:“对此的物理学有几种不同的解释,”例如加热或双光子吸收。  

相机芯片也不安全

今年初在拉斯维加斯举行的消费电子展上发生的事件表明,在某些情况下1550 nm激光雷达可能会损坏相机芯片。硅谷工程师吉特·雷·乔杜里(Jit Ray Chowdhury)拍摄了一辆装有AEye(加利福尼亚州普莱森顿)的1550 nm激光雷达的汽车的照片后,在他的数码照片上发现了黄斑和芯片损坏的证据。不幸的是,他和AEye无法迅速建立联系,在AEye可以对其进行检查之前,乔杜里(Chowdhury)在搬到新住所的过程中丢弃了损坏的相机。剩下的问题是内部摄像头芯片发生了什么无法解决的问题。

损害索赔使AEye感到困惑,因为他们在早期操作激光雷达的摄影过程中没有发现任何问题。该公司声称其激光雷达的射程为1000 m,该激光雷达的射程可达每秒100万点,脉冲持续时间小于10 ns,平均功率小于1 W,因而引起了人们的关注。自动驾驶汽车使用的摄像头与激光雷达一起使用,可以绘制出当地环境以及沿途人类的眼睛。

只要从1550 nm激光雷达发出的光限制在该波段,对眼睛安全的主要问题就是角膜表面的灼伤,这种灼伤的功率远高于波长短于1400 nm的视网膜损伤的功率。有人声称有人在1550 nm激光的照射下角膜烧伤,被评估为“出口孔对人眼安全”,但细节仍未公开。安全顾问和光辐射生物物理学家布鲁斯·斯特鲁克(Bruce Struck)基于几乎无法获得的信息说:“似乎有可能,但需要特殊的观察情况。”尽管如此,他说“我们需要周到而全面的评估。”

潜在的长期危险是无法滤除短波红外泵浦光,这是一个问题。 美国国家标准技术研究院几年前发现绿色激光笔很常见。光纤激光激光雷达由在900 nm波段发射的二极管激光泵浦,这可能造成视网膜风险。仔细的设计和制造可以防止危险的泄漏,但是NIST的研究表明,一些廉价激光器的制造商偷工减料。

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