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(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司，北京 100015）

0 引 言

激光電視主要由主機(jī)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(jié)構(gòu)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(jī)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(lán)三基色激光光源，或采用藍(lán)色單色激光光源通過色輪將激光轉(zhuǎn)換為紅、綠、藍(lán)三色。基于激光本身的特性，如果長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(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)要求

現(xiàn)行國標(biāo)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(dá)發(fā)射限值，在故障條件下，設(shè)備可達(dá)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(shè)備內(nèi)的激光系統(tǒng)本身不能滿足以上要求，則應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?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(jī)械安全聯(lián)鎖裝置正確動作的設(shè)備，其聯(lián)鎖裝置應(yīng)當(dāng)是具有失效保護(hù)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(dá)發(fā)射極限，因而通用的做法是在產(chǎn)品上增加人眼保護(hù)功能，即當(dāng)人進(jìn)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(yīng)到人體的存在，進(jìn)而降低整機(jī)光輸出或關(guān)斷光輸出。對于符合GB 8898—2011標(biāo)準(zhǔn)要求的激光電視，其最終產(chǎn)品上會加貼如圖1所示的標(biāo)識。

圖1 1類激光產(chǎn)品的激光標(biāo)識

1.2 IEC 62368-1：2018對激光電視光輻射安全的相關(guān)要求

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

由IEC 62368-1：2018的第10章可知，預(yù)定由普通人員或者受過培訓(xùn)的人員使用的激光設(shè)備不應(yīng)是3B類或4類。IEC 62368-1：2018標(biāo)準(zhǔn)要求，對于激光電視應(yīng)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(jìn)行評估，當(dāng)滿足相應(yīng)條件時，依據(jù)GB/T 30117.5—2019[5]進(jìn)行評估，否則仍然按照IEC 60825-1：2014進(jìn)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(shè)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(kuò)展源；在正常工作條件下和合理可預(yù)見的單一故障條件下5 mrad接受角范圍內(nèi)總的未加權(quán)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(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行評估的一個條件。當(dāng)滿足上面的3個條件時，產(chǎn)品按照 GB/T 30117.5—2019標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(lán)光危害限值進(jìn)行對比，最終確認(rèn)產(chǎn)品的危害組別RGX，但是對于預(yù)定由一般人員或受過培訓(xùn)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，同時在最終產(chǎn)品的標(biāo)識上要標(biāo)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(dá)發(fā)射，最后與可達(dá)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(jìn)行測試，通過測得的對向角和輻射功率確定相應(yīng)的等級。

2.1 激光輻射功率的確定

現(xiàn)行國標(biāo)GB 8898—2011對激光產(chǎn)品的分類是依據(jù)GB 7247.1—2012[6]（對應(yīng)IEC 60825-1：2007）進(jìn)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(zhǔn)直激光束，如使用望遠(yuǎn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)中的表11）給出了3種測量條件下確定激光可達(dá)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(zhǔn)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(biāo)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(jìn)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(jìn)行對比，進(jìn)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(dá)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(yīng)調(diào)整焦點以達(dá)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(dá)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(yīng)找到投射比最嚴(yán)酷的條件測試。

2.2 對向角的確定

IEC 62368-1：2018標(biāo)準(zhǔn)對激光部分的測量采用的是IEC 60825-1：2014標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)的一個重要參數(shù)，同時也是評定激光可達(dá)發(fā)射極限、視網(wǎng)膜熱危害限值以及藍(lán)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(xué)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(jié) 語

對于即將轉(zhuǎn)化為國標(biāo)的IEC 62368-1：2018而言，標(biāo)準(zhǔn)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(hù)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。