激光雷達(dá)作為目前精度最高的傳感器，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛技術(shù)的關(guān)鍵。在各個(gè)國(guó)家地區(qū)紛紛出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)及政策支持汽車智能化落地的背景下，激光雷達(dá)整體市場(chǎng)預(yù)計(jì)將呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

激光雷達(dá)（LiDAR）是激光探測(cè)和激光測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)組成，是一種可以用于進(jìn)行環(huán)境探測(cè)、數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)闹悄軅鞲衅?。按照功能用途、激光發(fā)射波形等不同標(biāo)準(zhǔn)，可以分為多種不同類型。

工作原理是以激光作為信號(hào)源，通過發(fā)射與接收激光來探測(cè)與目標(biāo)物之間的距離，再根據(jù)目標(biāo)物表面的反射能量大小、反射波譜幅度、頻率和相位等信息，精確繪制出目標(biāo)物體的三維結(jié)構(gòu)信息。

中國(guó)要求：目前激光人眼安全在國(guó)內(nèi)沒有強(qiáng)制性認(rèn)證要求，但有強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 7247.1，國(guó)內(nèi)上市激光產(chǎn)品需滿足激光人眼安全要求。需要注意的是GB 7247.1采標(biāo)IEC 60825-1。

美國(guó)要求：激光產(chǎn)品進(jìn)入美國(guó)需要滿足FDA輻射放射的要求。除了限值激光產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)上滿足人眼激光安全要求。制造商還要能保證良好生產(chǎn)規(guī)范使得批量產(chǎn)品持續(xù)滿足要求。FDA通過產(chǎn)品型式試驗(yàn)+企業(yè)質(zhì)量控制系統(tǒng)要求的方式，要求制造商進(jìn)行首次報(bào)告和年度報(bào)告。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)可以為21 CFR 1040.10，也可以為IEC 60825-1+Notice 56差異。

其他國(guó)家：國(guó)際上包括歐洲和其他主要地區(qū)均可采用IEC 60825-1（但須注意歐盟EN 60825-1有A11增補(bǔ)，以及需要考慮消費(fèi)類激光要求EN 50689）。

共同要求：由于激光雷達(dá)大多采用905nm和1550nm，均為不可見紅外激光，發(fā)射過程中不易被用戶察覺，并工作場(chǎng)景均為需向外界發(fā)射激光輻射，所以均需滿足一類激光（Class 1）激光人眼安全要求。

        1、 波長(zhǎng)：不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)AEL，對(duì)于采用加熱等方式穩(wěn)定中心波長(zhǎng)的激光雷達(dá)，應(yīng)按制造商的說明，將激光雷達(dá)穩(wěn)定在指定的工作條件下。若激光雷達(dá)發(fā)射兩個(gè)或兩個(gè)以上的波長(zhǎng)：a) 且波長(zhǎng)落在表17 所示的有效疊加效應(yīng)光譜范圍內(nèi)，則各波長(zhǎng)的AE與對(duì)應(yīng)的AEL之比的總和不應(yīng)超過1；b) 各波長(zhǎng)之間沒有表17所示的疊加效應(yīng)，則各波長(zhǎng)AE值不應(yīng)超過對(duì)應(yīng)的AEL 限值。

        2、對(duì)象角：將激光光束成像在探測(cè)器平面上，如圖所示。改變成像距離，使探測(cè)器上能接受的輻射分布具有最小的直徑dsi。

對(duì)向角通過公式計(jì)算獲得：α=dsi/ri

α——對(duì)向角（mrad）；dsi ——最小的像直徑（mm）；ri ——為像距（m）

對(duì)于非圓形的輻射分布，應(yīng)測(cè)量?jī)蓚€(gè)正交方向上的對(duì)向角的平均值；

對(duì)于矩形輻射分布，應(yīng)取長(zhǎng)和寬所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)對(duì)向角；

對(duì)于橢圓形輻射分布，應(yīng)取長(zhǎng)軸和短軸對(duì)應(yīng)的兩個(gè)對(duì)向角。

即使是規(guī)則的脈沖串，對(duì)向角在時(shí)間上和空間上有可能發(fā)生變化：例如,光束橫截面部分出現(xiàn)在接受角內(nèi)，部分出現(xiàn)在接受角外；或估持續(xù)時(shí)間T結(jié)束時(shí)刻接收到部分脈沖寬度。對(duì)于復(fù)雜的不規(guī)則的脈沖輻射分布，如不規(guī)則脈沖串，則應(yīng)測(cè)量單個(gè)脈沖在整個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)內(nèi)的對(duì)向角變化。    此外，對(duì)于非均勻的、非圓形的或多個(gè)表觀光源而言，為了確?？紤]到每個(gè)可能的對(duì)向角所對(duì)應(yīng)的AE和AEL，應(yīng)按表觀光源的組合或部分區(qū)域，并改變接受角γth，以確定對(duì)應(yīng)的組合或部分的AE和相應(yīng)的AEL，并找到最嚴(yán)苛對(duì)向角，即AE/AEL比值最大。

3、脈沖時(shí)域特性：a) 脈沖持續(xù)時(shí)間(Tp)脈沖持續(xù)時(shí)間又稱為脈沖寬度。用光敏探測(cè)器和示波器組成的測(cè)量設(shè)備或類似設(shè)備測(cè)量脈沖前沿半功率點(diǎn)和后沿相應(yīng)點(diǎn)之間的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)Tp大于0.25s時(shí)，認(rèn)為該激光雷達(dá)為連續(xù)波。當(dāng)Tp小于等于0.25s時(shí)，輻射測(cè)量時(shí)應(yīng)測(cè)量單個(gè)脈沖輻射能量和脈沖串的平均輻射功率。

b)脈沖重復(fù)頻率(PRF)采用光敏探測(cè)器和示波器組成的測(cè)量設(shè)備或類似測(cè)量設(shè)備測(cè)量脈沖重復(fù)頻率。c) 脈沖串中的脈沖數(shù)(N)即脈沖串在所評(píng)估持續(xù)時(shí)間T內(nèi)的有效脈沖數(shù)。評(píng)估時(shí)需考慮的發(fā)射持續(xù)時(shí)間T為T2或tbase中較短的一個(gè)；如果Ti時(shí)長(zhǎng)內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)脈沖，則N只計(jì)一個(gè)脈沖。（Ti時(shí)長(zhǎng)內(nèi)各脈沖的能量累積值與AELTi比較）。

        1、時(shí)間參數(shù)a) 時(shí)間基準(zhǔn)tbase使用過程中不存在有意識(shí)的長(zhǎng)時(shí)間觀察，tbase為100s。b) 脈沖串持續(xù)時(shí)間T的時(shí)長(zhǎng)下限與波長(zhǎng)相關(guān)，如下表。

     2、輻射測(cè)量參考點(diǎn)

        對(duì)于掃描發(fā)射的激光雷達(dá)，輻射測(cè)量參考點(diǎn)應(yīng)為掃描光束的中心點(diǎn)。如果參考點(diǎn)在保護(hù)罩內(nèi)（即不可接觸）距人員接觸最近點(diǎn)（CPHA）的距離遠(yuǎn)于表19中規(guī)定的測(cè)量距離，則測(cè)量必須在人員接觸最近點(diǎn)（CPHA）之外進(jìn)行。

        3、輻射測(cè)量孔徑和測(cè)量距離

        眼睛危害測(cè)量孔徑直徑和測(cè)量距離如下表

        皮膚危害測(cè)量孔徑直徑和測(cè)量距離如下表

        4、對(duì)向角極限與極限接受角γth

        a) 對(duì)向角極限：

        1） αmin = 1.5 mrad；

        2） αmax = 5 mrad (t < 625 μs)

        = 200 t ^0.5 mrad (625 μs ≤ t ≤ 0.25 s)

        = 100 mrad (t > 0.25 s)。

        b) 輻射測(cè)量時(shí)，應(yīng)限制接受孔徑大小，其極限值即極限接受角γth應(yīng)符合下述要求：

        1）當(dāng)α> αmax 時(shí)，γth = αmax；

        2）當(dāng)α≤αmax 時(shí)，對(duì)于780 nm~1400nm 輻射波長(zhǎng)，且包含多個(gè)脈沖輻射時(shí)，根據(jù)本章節(jié)輻射測(cè)試要求，分別根據(jù)測(cè)量單個(gè)脈沖點(diǎn)或多個(gè)脈沖點(diǎn)的對(duì)向角值來限制合適的γth，且應(yīng)確保γth 滿足αmin ≤γth ≤αmax。

注：參考a)中的對(duì)向角極限，αmax是發(fā)射持續(xù)時(shí)長(zhǎng)t的函數(shù)，因此γth也是發(fā)射持續(xù)時(shí)長(zhǎng)t 的函數(shù)。

    1、脈沖工作模式的AE：

 a) 單個(gè)脈沖的平均功率/能量（AEsingle）；

 b) 持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為T的脈沖串的平均功率/能量（AET）。對(duì)于不規(guī)律的變化脈沖，T以Ti為時(shí)長(zhǎng)下限，以tbase為時(shí)長(zhǎng)上限，應(yīng)在整個(gè)T范圍內(nèi)獲得對(duì)應(yīng)不同時(shí)長(zhǎng)的平均功率/能量；對(duì)于規(guī)律變化的脈沖，T為tbase，則AET為T時(shí)長(zhǎng)上的平均功率/能量。

 2、連續(xù)波工作模式的平均功率/能量（AET）：若功率隨時(shí)間變化，則應(yīng)在整個(gè)tbase范圍內(nèi)獲得對(duì)應(yīng)不同時(shí)長(zhǎng)的平均功率/能量；若功率保持不變，則AET為tbase時(shí)長(zhǎng)上的平均功率/能量。

    3、皮膚危害平均輻射度/輻照量值

    若功率隨時(shí)間變化，則應(yīng)在整個(gè)tbase范圍內(nèi)獲得對(duì)應(yīng)不同時(shí)長(zhǎng)的平均功率/能量；

    若功率保持不變，則給出tbase時(shí)長(zhǎng)上的平均功率/能量。

    將測(cè)得的平均功率/能量轉(zhuǎn)化為孔徑光闌尺寸上的平均輻照度/輻照量。

    AE測(cè)量值應(yīng)小于class 1的AEL。

    1、脈沖工作模式的AEL

    a) 分別計(jì)算下述的AEL，并取其中最嚴(yán)苛的值作為單個(gè)脈沖的AEL：

    1） AELsingle；

    2） AELs.p.T；

    對(duì)于以J或J?m-2為單位的AELT，AELs.p.T = AELT/N；

    對(duì)于以W或W?m-2為單位的AELT，AELs.p.T = AELT/PRF。

    3）AELs.p.train；

    僅適用于波長(zhǎng)范圍為780 nm-1400nm的激光雷達(dá)。

    計(jì)算公式：AELs.p.train = AELsingle * C5；其中C5與脈沖數(shù)N相關(guān)。

    計(jì)算N時(shí)使用的t參數(shù)即T2或tbase中較小的一個(gè)。若在Ti時(shí)長(zhǎng)內(nèi)出現(xiàn)了多個(gè)脈沖，則將單個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間更改為Ti，并計(jì)算新的AELsingle。

    計(jì)算N時(shí)使用的PRF應(yīng)按上述修正，將新的AELsingle的值除以時(shí)間Ti中包含的原始脈沖個(gè)數(shù)得到最終的AELsingle，再將最終的AELsingle代入AELs.p.train的計(jì)算公式。

    b) 時(shí)長(zhǎng)為T的脈沖串的AELT：

    對(duì)于不規(guī)律的變化脈沖，T以Ti為時(shí)長(zhǎng)下限，以tbase為時(shí)長(zhǎng)上限，應(yīng)在整個(gè)T范圍內(nèi)獲得對(duì)應(yīng)不同時(shí)長(zhǎng)的AELT；對(duì)于規(guī)律變化的脈沖，AELT是在tbase時(shí)長(zhǎng)上的平均功率。

    2、連續(xù)波工作模式的AEL_T

    a) C6=1時(shí)的AEL見下表

    b) 擴(kuò)展源的AEL見下表

    3、激光雷達(dá)輻射皮膚的MPE 極限值見下表

由于905nm 更接近可見光，視網(wǎng)膜對(duì)其更敏感，同時(shí)液態(tài)水對(duì)其吸收也更少，因此這種光線更容易直達(dá)視網(wǎng)膜。相比而言，1550nm 容易被水吸收，因此在抵達(dá)視網(wǎng)膜之前已經(jīng)被玻璃體等前部結(jié)構(gòu)進(jìn)行一輪吸收，抵達(dá)視網(wǎng)膜的較少。同時(shí)1550nm 光折射率更大，即便是抵達(dá)視網(wǎng)膜，也不容易聚焦成很小的光點(diǎn)，能量相對(duì)分散，進(jìn)一步減小了損傷。

基于以上原因，在連續(xù)波情況下，1550nm 激光的人眼安全功率達(dá)到905nm 的10 倍，如果是瞬間發(fā)光則倍數(shù)更多，如果發(fā)光控制在納秒級(jí)別（激光雷達(dá)通常一個(gè)脈沖只有幾個(gè)納秒），那么1550nm 激光人眼允許的強(qiáng)度可以更高。