激光雷達進入美國為啥要美國食藥監高抬貴手？

日前，自動駕駛工程師喬杜里先生（Jit Ray Chowdhury）在CES2019期間用相機拍攝自動駕駛汽車，其所持的Sony a7相機被Aeye公司生產的激光雷達燒壞一事引起了熱議。人們最擔心的是：激光雷達這次燒壞了相機，下一次會不會灼傷人眼？

理論上，美國老百姓日常生活中應該不用擔心激光電子產品帶來的輻射。美國食品藥品監督管理局（FDA）對激光輻射產品有嚴格要求：必須經美國FDA認證的輻射安全產品方可允許進入老百姓的日常生活。

作者就激光雷達為啥需要FDA認證、激光雷達輻射安全的認知誤區，以及激光雷達的FDA輻射安全認證之步驟跟大家做一個知識分享。

激光雷達在工作時需要主動發出激光，因而在世界各國被認定為激光輻射產品，被納入FDA監管產品名錄。美國FDA的管轄范圍遠遠超過食品和藥品，可以說跟老百姓日常生活安全的很多事FDA都能管！外國生產的激光輻射產品進入美國，必須出具美國頒發的FDA證書，只有以下七個情況可以例外：

1.該物品的生產日期早于美國FDA頒布激光輻射認證法規的時間。（不適于激光雷達）

2. FDA發布的文件明確規定該物品不受輻射安全監管（不適于激光雷達）

3.該物品是進入美國的人個物品或是歸還給美國人的私人物品（不適于激光雷達）

4.該物品持有者不居住美國且該產品將退回其持有者。

5. 該物品屬于零部件或配件（顯然不適于激光雷達）。

6.該物品被進口方用于產品開發的原型樣機，并且貼了標簽：“僅用于測試/評估”該物品不允許銷售，將來必須退回出口國，或被銷毀，或被留樣測試。美國進口該類激光輻射物品的數量上限是200個。

7. 該物品將依據FDA指導文件進行再加工，并貼標簽“僅限于出口” ，沒有FDA的允許，該物品不允許銷售，分發或轉移。

美國是無人駕駛的橋頭堡，很多激光雷達企業都希望進入美國市場。但沒有美國FDA頒發的輻射安全證書，激光雷達只能以原型樣機的形式進入美國并終將退出美國，且累計數量超過200臺，超過200臺就隨時可能面臨FDA的稽查并被勒令退回或銷毀。

誤區一：激光雷達的輻射安全僅跟波長有關

暴露在激光下達到一定時間會危害人體，尤其是人眼和皮膚，其中對人眼的危害體現在視網膜損失，不同波長的激光殺傷力不同。一個激光輻射產品的安全等級分為Class 1, Class 1 C, Class 1 M, Class 2, Class 2M, Class 3R, Class 3B, Class 4共8個等級。FDA對激光雷達的安全認證要求其測試必須滿足Class 1。

激光雷達的安全等級是否滿足Class 1，需要考慮特定波長的激光產品在完全工作時間內的激光輸出功率，即激光輻射的安全性是波長、輸出功率，和激光輻射時間的綜合作用的結果。目前市場上三維成像激光雷達最常用的波長是905nm和1550 nm，也少部分企業用850nm。表1是判斷激光輻射產品是否滿足Class 1的限值。

表1. Class 1激光雷達的波長在輻射時間下的輸出功率上限

IEC 60825標準之3.37條強調：不能因為一款產品的激光波長大于1400nm就可以聲稱其“人眼安全”，因為任何波長的激光當其能量/功率超過一定限值時，都可能造成傷害。

誤區二：用1550nm光纖激光器做光源比905nm半導體激光器更安全

根據表1的計算公式，當人眼暴露于905nm波長的激光雷達時，其激光輸出功率的上限=3.9*10-4* C4 W=3.9*10-4*10^{0.002(905-700)} W=1.002 mW；而波長1550nm的激光雷達的激光輻射上限是10 mW，兩者之間差了十倍。

但是（敲黑板），由于半導體激光器的發射效率比光纖激光器高10倍左右，要達到同樣的測距，使用光纖激光器的激光雷達的每束激光的發射功率需要比半導體激光器高十倍。另外，激光雷達不僅要發射激光，還要接收反射回來的激光并將光信號轉化為電信號，即光電轉換器件。硅基的光電轉換器件（APD，俗稱激光雪崩二極管）目前價格很低，被激光雷達企業廣泛采用。眾所周知，APD對905nm的敏感性比對1550nm高6倍。換一句話說， 綜合發射效率和接收效率，采用1550nm光纖激光器的激光雷達，要達到同樣探測距離，其激光輸出功率要比905nm的半導體激光器高60倍。所以，1550nm光纖激光器做光源的激光雷達不一定人眼安全。前面說到“燒傷”相機的Aeye公司生產的激光雷達就是1550nm波長。

舉個例子，北科天繪獲得美國FDA輻射安全認證的R-Fans和C-Fans激光雷達，都是采用的905nm波長的半導體激光器。

誤區三：FDA輻射安全認證一勞永逸

由于FDA對激光輻射產品實現全生命周期管理，產品生產出來以后，在其使用過程中終身受FDA相關機構的監管，包括產品因為合理可預見的單一故障而導致輻射輸出變化。以水平視場360度的機械式激光雷達為例，掃描機構以5-20Hz的頻率旋轉，當人眼（瞳孔直徑約7mm）在70mm的距離盯住激光雷達，每旋轉一圈人暴露于激光輻射的時間可達0.003秒。設備每工作1秒鐘，人眼累計暴露于激光輻射的時間是0.016秒。當旋轉部件故障時，原來隨著旋轉在水平360度方向均勻發射激光的激光雷達變為向某一方向發射激光，設備每工作1秒鐘，人眼累計暴露于激光的時間最大可達1秒。一般FDA認證實驗室測試激光輻射安全性時，通常采用的激光輻射持續時間為100秒，也是充分考慮了故障發生時的最大輻射。FDA每季度會對認證產品進行抽樣調查，一旦發現異常，FDA會啟動重新認證。