激光電視光輻射安全要求及測量方法

牛淑芳，劉 立，高宏偉

（北京泰瑞特檢測技術服務有限責任公司，北京 100015）

0 引 言

激光電視主要由主機和屏幕兩個部件組成。激光電視的屏幕是一塊類似液晶電視屏幕的冷光屏，不需要通電。由于該屏幕表面有特殊的結構和涂層，可以減少光的漫反射現(xiàn)象，顯示畫面比普通液晶電視更清晰，對比度更高，加上主機體積比普通液晶電視小，因而在家庭中的使用越來越普遍。

激光電視通常采用紅、綠、藍三基色激光光源，或采用藍色單色激光光源通過色輪將激光轉(zhuǎn)換為紅、綠、藍三色?；诩す獗旧淼奶匦裕绻L時間直視微弱的激光，會使得眼睛有刺痛感，功率稍微高點的激光也有可能引起眼睛的暫時性失明或者眼部神經(jīng)損傷。因此，了解激光電視相關產(chǎn)品標準對激光電視光輻射安全的要求并合理評估其激光等級尤為重要。

1 新舊標準對激光電視激光等級要求的差異

1.1 GB 8898—2011對激光電視激光部分的相關要求

現(xiàn)行國標GB 8898—2011[1]規(guī)定，激光電視的激光輻射值在正常工作條件下不能超過1類可達發(fā)射限值，在故障條件下，設備可達發(fā)射水平在400～700 nm波長范圍外不得大于3R類，在400～700 nm波長范圍內(nèi)不得超過1類限值的5倍。如果設備內(nèi)的激光系統(tǒng)本身不能滿足以上要求，則應當采取適當?shù)拇胧┓乐褂脩羰謩哟蜷_任何蓋子而接觸到更高等級的激光輻射。同樣，對于依賴機械安全聯(lián)鎖裝置正確動作的設備，其聯(lián)鎖裝置應當是具有失效保護的聯(lián)鎖裝置。

目前，由于功能上的需求，大多數(shù)激光電視產(chǎn)品的激光輸出很難實現(xiàn)低于2類可達發(fā)射極限，因而通用的做法是在產(chǎn)品上增加人眼保護功能，即當人進入光束輸出范圍內(nèi)時，激光電視通過產(chǎn)品上的傳感器感應到人體的存在，進而降低整機光輸出或關斷光輸出。對于符合GB 8898—2011標準要求的激光電視，其最終產(chǎn)品上會加貼如圖1所示的標識。

圖1 1類激光產(chǎn)品的激光標識

1.2 IEC 62368-1：2018對激光電視光輻射安全的相關要求

IEC 62368-1：2018[2]正在轉(zhuǎn)換為國標，正式發(fā)布后會替代GB 8898—2011。而新標準對激光電視光輻射安全的要求與現(xiàn)有標準有所不同。

由IEC 62368-1：2018的第10章可知，預定由普通人員或者受過培訓的人員使用的激光設備不應是3B類或4類。IEC 62368-1：2018標準要求，對于激光電視應按照IEC 60825-1：2014[3]分類或者使用時按照IEC 62471-5：2015[4]分類，具體測試時要按照IEC 60825-1：2014中4.4條款的內(nèi)容進行評估，當滿足相應條件時，依據(jù)GB/T 30117.5—2019[5]進行評估，否則仍然按照IEC 60825-1：2014進行分類。

IEC 60825-1：2014中4.4條 款 的3個 條 件為：該產(chǎn)品是被設計成常規(guī)光源的激光產(chǎn)品（除玩具外）；該激光產(chǎn)品發(fā)射可見光和近紅外光輻射（400～1 400 nm），且在200 mm距離處對向角α大于5 mrad的擴展源；在正常工作條件下和合理可預見的單一故障條件下5 mrad接受角范圍內(nèi)總的未加權的峰值平均輻亮度不超過（對向角α的單位用弧度表示，在距離人員可接觸的最近點200 mm處測量）。這里得出的LT值不是一個安全限值，而是采用 GB/T 30117.5—2019標準對產(chǎn)品進行評估的一個條件。當滿足上面的3個條件時，產(chǎn)品按照 GB/T 30117.5—2019標準評估危害等級，由于上面條件中的α被限定在5 mrad到100 mrad之間，因而LT對應的輻射水平值在10 mW·m-2·sr-1到200 mW·m-2·sr-1之間，測試的LT值需要分別與視網(wǎng)膜熱危害和藍光危害限值進行對比，最終確認產(chǎn)品的危害組別RGX，但是對于預定由一般人員或受過培訓的人員使用的燈和燈系統(tǒng)不得發(fā)出危險組別3的能量。

對于滿足IEC 60825-1：2014中4.4章要求的激光電視，意味著產(chǎn)品要按照兩套標準進行測試，同時在最終產(chǎn)品的標識上要標明危害等級“RGX”和激光等級“X類激光產(chǎn)品”。這里的危害等級分為RG0、RG1、RG2、RG3，激光等級分為1類激光產(chǎn)品、1M類激光產(chǎn)品、2類激光產(chǎn)品、2M類激光產(chǎn)品及3R類激光產(chǎn)品（其他激光等級對于激光電視不適用）。

對于不滿足IEC 60825-1：2014中4.4章的激光電視，則直接采用IEC 60825-1：2014中規(guī)定的測量光闌孔徑和測量距離測量可達發(fā)射，最后與可達發(fā)射極限比較，確定產(chǎn)品的激光等級。

2 激光電視的光輻射分類

在對激光電視的光輻射分類時，需要首先確定激光波長。波長信息可以由企業(yè)提供也可以通過儀器進行測試，通過測得的對向角和輻射功率確定相應的等級。

2.1 激光輻射功率的確定

現(xiàn)行國標GB 8898—2011對激光產(chǎn)品的分類是依據(jù)GB 7247.1—2012[6]（對應IEC 60825-1：2007）進行的。GB 7247.1—2012對于激光功率的測量給出了3個測量條件：條件1適用于準直激光束，如使用望遠鏡觀測時可能會增加危險，因而對于激光電視來講在這種條件下測試的意義不是很大；條件2適用于發(fā)散輸出的光源，如使用放大鏡或者顯微鏡觀察會增加危害；條件3適用于裸眼觀察光束的情況。但是IEC 62368-1：2018采用IEC 60825-1：2014 進行分類，IEC 60825-1：2014中條件2適用于光纖系統(tǒng)，對于裸眼觀察、低功率放大鏡及掃描光束都采用條件3。表1（即GB 7247.1—2012標準中的表11）給出了3種測量條件下確定激光可達發(fā)射的測量距離和光闌直徑。

表1 3種測量條件下的孔徑光闌直徑和測量距離

由于條件1適用于準直光束，對于激光電視這種發(fā)散光束來講，測試的意義并不是很大，因而隨著IEC6 2368-1：2018向國標的轉(zhuǎn)換，今后在測量激光電視的等級時，僅需要采用條件3的孔徑光闌尺寸和測量距離進行測試即可。實際測試如圖2所示，測得的激光輻射功率值與IEC 60825-1：2014中表3～表8的限值進行對比，進而確定產(chǎn)品的激光等級。

圖2 測量示意圖

測試過程中，為了獲得最大輻射功率值，需要考慮以下幾個方面。

（1）由于激光電視的光束輸出范圍比較大，因而測量時要分別考核光源中心和邊緣的可達發(fā)射值。

（2）考慮產(chǎn)品焦距是否可調(diào)，對于固定焦距的投影儀，應調(diào)整焦點以達到最大輻亮度；對于變焦但不可更換透鏡系統(tǒng)的產(chǎn)品，要調(diào)整焦距，找到輻亮度和可達發(fā)射水平的最大比率。

（3）對于可更換透鏡系統(tǒng)的投影儀，應找到投射比最嚴酷的條件測試。

2.2 對向角的確定

IEC 62368-1：2018標準對激光部分的測量采用的是IEC 60825-1：2014標準，由IEC 60825-1：2014中4.4條款可以看出，對向角α是是否使用GB/T 30117.5—2019標準的一個重要參數(shù)，同時也是評定激光可達發(fā)射極限、視網(wǎng)膜熱危害限值以及藍光危害限值的一個非常重要的參數(shù)。

對向角是表面光源的視網(wǎng)膜影像尺寸的一個度量，是表面光源直徑通過眼睛聚焦形成的平面角。對于激光電視而言，在光學元件出射口前通常有一個透鏡，因而人眼觀察到的是出射光束直徑虛像，如圖3所示。

圖3 出射光束虛像的直徑

測量如圖4所示。在圖4中，B代表光源，C代表透鏡，A代表光源的像點，d代表人眼觀察到的表面光源尺寸，r代表測量距離，α代表表面光源對向角，計算得對向角，由于對于激光電視而言，光源的測量參考點位于光源發(fā)散的表面，即人員可以接觸的最近點，故在實際測量中，測量距離從鏡頭表面開始計算。

圖4 對向角測量示意圖

3 結 語

對于即將轉(zhuǎn)化為國標的IEC 62368-1：2018而言，標準發(fā)布實施后會取代GB 8898—2011，故了解IEC 62368-1：2018對激光電視光輻射安全的要求及測量方法是非常有必要的。由于符合IEC 62368-1：2018的激光電視的激光等級可以是低于3B類的任何一種，相比GB 8898—2011而言，放寬了對激光等級的要求。但是從消費者的安全角度考慮，仍然建議在最終產(chǎn)品上增加人眼保護功能，這樣可以避免眼睛無意間暴露在高功率等級的環(huán)境。