激光电视光辐射安全要求及测量方法

牛淑芳，刘 立，高宏伟

（北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司，北京 100015）

0 引 言

激光电视主要由主机和屏幕两个部件组成。激光电视的屏幕是一块类似液晶电视屏幕的冷光屏，不需要通电。由于该屏幕表面有特殊的结构和涂层，可以减少光的漫反射现象，显示画面比普通液晶电视更清晰，对比度更高，加上主机体积比普通液晶电视小，因而在家庭中的使用越来越普遍。

激光电视通常采用红、绿、蓝三基色激光光源，或采用蓝色单色激光光源通过色轮将激光转换为红、绿、蓝三色。基于激光本身的特性，如果长时间直视微弱的激光，会使得眼睛有刺痛感，功率稍微高点的激光也有可能引起眼睛的暂时性失明或者眼部神经损伤。因此，了解激光电视相关产品标准对激光电视光辐射安全的要求并合理评估其激光等级尤为重要。

1 新旧标准对激光电视激光等级要求的差异

1.1 GB 8898—2011对激光电视激光部分的相关要求

现行国标GB 8898—2011[1]规定，激光电视的激光辐射值在正常工作条件下不能超过1类可达发射限值，在故障条件下，设备可达发射水平在400～700 nm波长范围外不得大于3R类，在400～700 nm波长范围内不得超过1类限值的5倍。如果设备内的激光系统本身不能满足以上要求，则应当采取适当的措施防止用户手动打开任何盖子而接触到更高等级的激光辐射。同样，对于依赖机械安全联锁装置正确动作的设备，其联锁装置应当是具有失效保护的联锁装置。

目前，由于功能上的需求，大多数激光电视产品的激光输出很难实现低于2类可达发射极限，因而通用的做法是在产品上增加人眼保护功能，即当人进入光束输出范围内时，激光电视通过产品上的传感器感应到人体的存在，进而降低整机光输出或关断光输出。对于符合GB 8898—2011标准要求的激光电视，其最终产品上会加贴如图1所示的标识。

图1 1类激光产品的激光标识

1.2 IEC 62368-1：2018对激光电视光辐射安全的相关要求

IEC 62368-1：2018[2]正在转换为国标，正式发布后会替代GB 8898—2011。而新标准对激光电视光辐射安全的要求与现有标准有所不同。

由IEC 62368-1：2018的第10章可知，预定由普通人员或者受过培训的人员使用的激光设备不应是3B类或4类。IEC 62368-1：2018标准要求，对于激光电视应按照IEC 60825-1：2014[3]分类或者使用时按照IEC 62471-5：2015[4]分类，具体测试时要按照IEC 60825-1：2014中4.4条款的内容进行评估，当满足相应条件时，依据GB/T 30117.5—2019[5]进行评估，否则仍然按照IEC 60825-1：2014进行分类。

IEC 60825-1：2014中4.4条 款 的3个 条 件为：该产品是被设计成常规光源的激光产品（除玩具外）；该激光产品发射可见光和近红外光辐射（400～1 400 nm），且在200 mm距离处对向角α大于5 mrad的扩展源；在正常工作条件下和合理可预见的单一故障条件下5 mrad接受角范围内总的未加权的峰值平均辐亮度不超过（对向角α的单位用弧度表示，在距离人员可接触的最近点200 mm处测量）。这里得出的LT值不是一个安全限值，而是采用 GB/T 30117.5—2019标准对产品进行评估的一个条件。当满足上面的3个条件时，产品按照 GB/T 30117.5—2019标准评估危害等级，由于上面条件中的α被限定在5 mrad到100 mrad之间，因而LT对应的辐射水平值在10 mW·m-2·sr-1到200 mW·m-2·sr-1之间，测试的LT值需要分别与视网膜热危害和蓝光危害限值进行对比，最终确认产品的危害组别RGX，但是对于预定由一般人员或受过培训的人员使用的灯和灯系统不得发出危险组别3的能量。

对于满足IEC 60825-1：2014中4.4章要求的激光电视，意味着产品要按照两套标准进行测试，同时在最终产品的标识上要标明危害等级“RGX”和激光等级“X类激光产品”。这里的危害等级分为RG0、RG1、RG2、RG3，激光等级分为1类激光产品、1M类激光产品、2类激光产品、2M类激光产品及3R类激光产品（其他激光等级对于激光电视不适用）。

对于不满足IEC 60825-1：2014中4.4章的激光电视，则直接采用IEC 60825-1：2014中规定的测量光阑孔径和测量距离测量可达发射，最后与可达发射极限比较，确定产品的激光等级。

2 激光电视的光辐射分类

在对激光电视的光辐射分类时，需要首先确定激光波长。波长信息可以由企业提供也可以通过仪器进行测试，通过测得的对向角和辐射功率确定相应的等级。

2.1 激光辐射功率的确定

现行国标GB 8898—2011对激光产品的分类是依据GB 7247.1—2012[6]（对应IEC 60825-1：2007）进行的。GB 7247.1—2012对于激光功率的测量给出了3个测量条件：条件1适用于准直激光束，如使用望远镜观测时可能会增加危险，因而对于激光电视来讲在这种条件下测试的意义不是很大；条件2适用于发散输出的光源，如使用放大镜或者显微镜观察会增加危害；条件3适用于裸眼观察光束的情况。但是IEC 62368-1：2018采用IEC 60825-1：2014 进行分类，IEC 60825-1：2014中条件2适用于光纤系统，对于裸眼观察、低功率放大镜及扫描光束都采用条件3。表1（即GB 7247.1—2012标准中的表11）给出了3种测量条件下确定激光可达发射的测量距离和光阑直径。

表1 3种测量条件下的孔径光阑直径和测量距离

由于条件1适用于准直光束，对于激光电视这种发散光束来讲，测试的意义并不是很大，因而随着IEC6 2368-1：2018向国标的转换，今后在测量激光电视的等级时，仅需要采用条件3的孔径光阑尺寸和测量距离进行测试即可。实际测试如图2所示，测得的激光辐射功率值与IEC 60825-1：2014中表3～表8的限值进行对比，进而确定产品的激光等级。

图2 测量示意图

测试过程中，为了获得最大辐射功率值，需要考虑以下几个方面。

（1）由于激光电视的光束输出范围比较大，因而测量时要分别考核光源中心和边缘的可达发射值。

（2）考虑产品焦距是否可调，对于固定焦距的投影仪，应调整焦点以达到最大辐亮度；对于变焦但不可更换透镜系统的产品，要调整焦距，找到辐亮度和可达发射水平的最大比率。

（3）对于可更换透镜系统的投影仪，应找到投射比最严酷的条件测试。

2.2 对向角的确定

IEC 62368-1：2018标准对激光部分的测量采用的是IEC 60825-1：2014标准，由IEC 60825-1：2014中4.4条款可以看出，对向角α是是否使用GB/T 30117.5—2019标准的一个重要参数，同时也是评定激光可达发射极限、视网膜热危害限值以及蓝光危害限值的一个非常重要的参数。

对向角是表面光源的视网膜影像尺寸的一个度量，是表面光源直径通过眼睛聚焦形成的平面角。对于激光电视而言，在光学元件出射口前通常有一个透镜，因而人眼观察到的是出射光束直径虚像，如图3所示。

图3 出射光束虚像的直径

测量如图4所示。在图4中，B代表光源，C代表透镜，A代表光源的像点，d代表人眼观察到的表面光源尺寸，r代表测量距离，α代表表面光源对向角，计算得对向角，由于对于激光电视而言，光源的测量参考点位于光源发散的表面，即人员可以接触的最近点，故在实际测量中，测量距离从镜头表面开始计算。

图4 对向角测量示意图

3 结 语

对于即将转化为国标的IEC 62368-1：2018而言，标准发布实施后会取代GB 8898—2011，故了解IEC 62368-1：2018对激光电视光辐射安全的要求及测量方法是非常有必要的。由于符合IEC 62368-1：2018的激光电视的激光等级可以是低于3B类的任何一种，相比GB 8898—2011而言，放宽了对激光等级的要求。但是从消费者的安全角度考虑，仍然建议在最终产品上增加人眼保护功能，这样可以避免眼睛无意间暴露在高功率等级的环境。