电玩具中激光器或发光二极管辐射测试方法及装置

摘要

一种电玩具中激光器或发光二极管辐射测试方法及装置，其中装置包括：支架、第一试样平台和第一光功率计，转动平面通过转动轴与支架的Z轴连接，转动平面上设有在同一平面内的第一成像装置的第一镜头和第一孔径光阑，第一孔径光阑紧贴第一光功率计探头，第一孔径光阑中心对准第一光功率计探头中心，支架的一侧设有平行移动装置，第一试样平台设置在所述平行移动装置；第一光功率计与第一光功率计探头电气连接。这种电玩具中激光器或发光二极管辐射测试装置，操作简单，能精确测量出热危害辐射距离，从而精确得到电玩具中激光器或发光二极管的光辐射。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种电玩具中激光器或发光二极管辐射测试方法及装置。

背景技术

随着玩具制造业的发展，各种各样的电玩具被发明制造出来，电玩具给人们带来快乐的同时，也带来了危害。因为电玩具中激光器或发光二极管的辐射易含有高能量光辐射，过多的光能量传导到生物组织中，产生的光热伤害会导致器官损伤。过量的光辐射主要对人的眼睛和皮肤造成伤害，短时间曝光会对眼睛造成角膜或视网膜被灼伤，使皮肤出现红斑；经常遭受超过一定限度能量的曝光，会引起角膜炎或者晶状体混浊及视网膜损伤；高能量光辐射的强曝光可能会造成皮肤灼烧，而某些特定波长的紫外线会对皮肤产生致癌作用，还会造成不能恢复的视力减退，并且这种伤害是生理性的不能修复。人们为了减少电玩具中激光器或发光二极管的光辐射对人体造成的伤害，许多国家先后制定了电玩具安全检测标准。 

目前，对电玩具中激光器或发光二极管辐射测试采用的是近似测量法，其测量出来的热危害辐射距离是一种近似测量，与实际值存在很大的误差，导致测量的电玩具中激光器或发光二极管辐射值不准确。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，向社会提供一种能精确测量出热危害辐射距离，从而精确得到电玩具中激光器或发光二极管辐射值的电玩具中激光器或发光二极管辐射测试方法。

本发明的第二个目是提供一种实现上述方法的电玩具中激光器或发光二极管辐射测试装置。

本发明的技术方案是：提供一种电玩具中激光器或发光二极管辐射测试方法，包括支架和第一试样平台，转动平面通过转动轴与所述支架的Z轴连接，所述转动平面上设有在同一平面内的第一成像装置的镜头和第一光功率计探头，所述第一试样平台通过平行移动装置设在支架一侧，具体测试如下方法：

100.将被测试的电玩具固定在所述第一试样平台上，用光谱仪测出激光器或发光二极管的波长λ，使所述波长为λ的激光器或发光二极管光轴垂直于所述第一成像装置的镜头；

200.沿所述平行移动装置移动所述第一试样平台,使所述波长为λ的激光器或发光二极管在所述第一成像装置上成像，当所成的像为清晰图像时，停止移动所述第一试样平台；

300.根据所述波长为λ的激光器或发光二极管对应的波长、光谱带宽和所述第一成像装置的放大倍数，查询预先制定的激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准表，得到所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源到所述第一成像装置镜头的物距d；

400.通过所述第一成像装置测量出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源清晰成像时的图像尺寸d_x^、、d_y^、，并根据所述第一成像装置放大倍数M₁，按式                                                和式计算出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源垂直方向实际尺寸d_x、d_y； 

式：d_x= d_x^、/ M₁；

式：d_y = d_y^、/ M₁；

500.依据所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源垂直方向实际尺寸d_x、d_y的值，根据式计算出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源对向角α的值；

式： ；

600.依据所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源对向角α的值，根据式计算出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源到所述第一成像装置镜头的热危害辐射距离r；

式：；

700.转动所述转动平面，使所述波长为λ的激光器或发光二极管光轴垂直于所述第一光功率计探头；此时所述第一试样平台的位置视为第一坐标原点，以所述热危害辐射距离r与所述物距d之间的差值为测试坐标，将所述第一试样平台的位置从所述第一坐标原点移动至所述测试坐标，用第一光功率计测量出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源在所述热危害辐射距离r的位置的热辐射值。

作为对本发明的改进，所述预先制定的激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准表，通过激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准装置测量得出，所述物距校准装置包括：第一安装台、第二试样台和第一直线导轨副，所述第一安装台设有第二成像装置，所述第一直线导轨副上设有所述第一安装台和所述第二试样台，所述第二试样平台上设有已知中心波长和光谱带宽的标准光源；具体测量方法包括：

800. 在所述标准光源的前端设有分化板，使所述标准光源的光轴垂直于所述第二成像装置的镜头；

900.沿所述第一直线导轨副移动所述第二试样平台，当所述标准光源在所述第二成像装置上成清晰图像时，停止移动所述第二试样平台；

1000.测量出所述标准光源在清晰成像时的图像尺寸u，在所述分化板上读出所述标准光源的垂直方向实际尺寸v，根据式计算出标准光源的放大倍数M；

  式：M=u/v；

1100．当所述标准光源成清晰图像时，把此时所述第二试样平台的位置视为第二坐标原点，移动所述标准光源到所述第二成像装置的镜头位置，此位置到第二坐标原点的距离是物距d。

作为对本发明的改进，当所述电玩具中激光器或发光二极管的波长在400nm—600nm范围时，还要测量光化学危害辐射，光化学危害辐身的测试方法是：将1.1mm视场光阑垂直放置于所述波长为λ的激光器或发光二极管前端，并使所述1.1mm视场光阑中心对准所述波长为λ的激光器或发光二极管光轴，根据式算出光化学危害辐射测量距离r₂；

式： r₂=100α₂/11；

α₂是所述电玩具中激光器或发光二极管的波长在400nm—600nm范围时的表观光源对向角；

用第一光功率计测量出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源在所述化学危害辐射测量距离r₁的位置的化学辐射值。

本发明还提供一种电玩具中激光器或发光二极管辐射测试装置，包括支架、第一试样平台和第一光功率计，转动平面通过转动轴与所述支架的Z轴连接，所述转动平面上设有在同一平面内的第一成像装置的第一镜头和第一孔径光阑，所述第一孔径光阑紧贴第一光功率计探头，所述第一孔径光阑中心对准所述第一光功率计探头中心，所述支架的一侧设有平行移动装置，所述第一试样平台设置在所述平行移动装置上；所述第一光功率计与所述第一光功率计探头电气连接。

作为对本发明的改进：所述第一成像装置包括第一镜头、第一光束衰减器、第一CCD图像传感器和第一光束分析仪，所述第一镜头设置转动平面上，在所述第一镜头后端依次设有所述第一光束衰减器和所述第一CCD图像传感器，所述第一CCD图像传感器与所述第一光束分析仪电气连接。

作为对本发明的改进：所述转动平面还可以用移动装置代替，所述移动装置包括第二直线导轨副，所述第二直线导轨副与所述支架的Z轴固定连接，在同一平面内的所述第一成像装置的镜头与所述第一光功率计探头设置在所述第二直线导轨副的第三滑块上。

作为对本发明的改进：所述第一孔径光阑的直径是7mm，所述7mm孔径光阑与所述第一成像装置的镜头分布在同一个圆周上。

作为对本发明的改进：当所述激光器或发光二极管的波长在400nm—600nm范围时，还要测量光化学危害辐射，包括视场光阑，所述视场光阑的直径是1.1mm，所述1.1mm视场光阑垂直放置于所述波长为λ的激光器或发光二极管前端，并使所述1.1mm视场光阑中心对准所述波长为λ的激光器或发光二极管光轴。

作为对本发明的改进：所述转动平面是圆形转动平面、三角形转动平面或多边形转动平面。

作为对本发明的改进：所述平行移动装置是直线导轨副、丝杆副或光杆。

本发明具有操作简单，能精确测量出热危害辐射距离，从而精确得到电玩具中激光器或发光二极管辐射值的优点。

附图说明

     图1是本发明测试方法的方框结构示意图。

图2是本发明的物距校准表制作方法方框结构示意图。

图3是本发明测试装置的立体结构示意图。

图4是本发明的物距校准装置的平面结构示意图。

图5是本发明表观光源对向角的光路原理示意图。

其中：1.支架；2.第一成像装置；2a.镜头；2b.光束衰减器；2c.光束分析仪；2d.所述电脑2d；3.转动圆盘；3a.第一孔径光阑；3b.转动圆盘基准面；3c.转轴；3d.第一光功率计探头；3e.第一光功率计；4.丝杆副；4a.螺母；4b.遮挡灰尘装置；4c.手柄；5.第一试样平台；5a.测量平台；５b. 线夹；5c. 第一游标卡尺；5d.第二游标卡尺；5e.支撑件；6.滚珠花键副；6a.花键套；6b.花键轴；7.表观光源；8.圆形孔径光阑；9.凸透镜；10.圆形市场光阑；11.探头的有效范围；12. 表观光源的对向角；13.第一安装台；14.第二试样台；15.第一直线导轨副；15a.第一滑块；15b.第二滑块；15c.直线导轨；16.第二成像装置；16a.第二镜头；16b.第二光束衰减器；16c.第二光束分析仪；17. 分化板；18. 标准光源。

具体实施方式

    1.本发明中的几个基本慨念的阐述；

1.  1成像装置放大倍数

成像装置放大倍数是指激光器或发光二极管表观光源经成像装置的镜头放大后，人眼所看到的所述激光器或发光二极管表观光源清晰成像时的图像大小与所述表观光源垂直实际大小的比值。

1.2表观光源的对向角α

表观光源对向角α的光路原理参见图5，根据图5和相关几何知识可以得到：

d_x、d_y 是表观光源垂直方向实际尺寸，矩形表观光源的d_x和d_y等于矩形的长和宽，圆形表观光源的d_x和d_y等于圆形直径。

     1.3电玩具中激光器或发光二极管的热危害辐射距离r

根据相关理论知识得到所述电玩具中激光器或发光二极管的热危害辐射距离；

α是所述电玩具中激光器或发光二极管表观光源的对向角。

1.4电玩具中激光器或发光二极管的光化学危害辐射距离r₂

当所述电玩具中激光器或发光二极管的波长在400nm—600nm范围时，还要测量光化学危害辐射，光化学危害辐身的测试方法是：将1.1mm视场光阑垂直放置于所述电玩具中激光器或发光二极管前端，并使所述1.1mm视场光阑中心对准所述电玩具中激光器或发光二极管光轴，根据相关理论知识得到光化学危害辐射测量距离：r₂=100α₂/11；

α₂是所述电玩具中激光器或发光二极管的波长在400nm—600nm范围时的表观光源对象角；

1.5孔径光阑

诸挡光孔中,最有效的控制成像光束光能量者,称为孔径光阑。

1.6视场光阑

在实际光学系统中，不仅物面上每一点发出并进入系统参与成像的光束宽度是有限的，而且能够清晰成像的物面大小也是有限的。把能清晰成像的这个物面范围称为光学系统的物方视场，相应的像面范围称为像方视场，事实上，这个清晰成像的范围也是光学设计者根据仪器性能要求主动地限定的，限定的办法通常是在物面上或在像面上安放一个中间开孔的光阑。光阑孔的大小就限定了物面或像面的大小，即限定了光学系统的成像范围。这个限定成像范围的光阑称为视场光阑。

1.7光束衰减器

光束衰减器的作用是用于衰减光束强度，成像装置中的CCD图像传感器感应光束强度范围有限，需要用光束衰减器调节入射光束的强度。

    2.本发明具体实施方法

2.1请参见图1，图1揭示的是一种电玩具中激光器或发光二极管辐射测试方法，本发明需要一种电玩具中激光器或发光二极管辐射测试装置才能完成，这种电玩具中激光器或发光二极管辐射测试装置结构图参见图3 ，这种方法包括以下步骤：

100. 将被测试的电玩具固定在所述第一试样平台上，用光谱仪测出激光器或发光二极管的波长λ，使所述波长为λ的激光器或发光二极管光轴垂直于所述第一成像装置的镜头。

200.沿所述平行移动装置移动所述第一试样平台,使所述波长为λ的激光器或发光二极管在所述第一成像装置上成像，当所成的像为清晰图像时，停止移动所述第一试样平台；

300.根据所述波长为λ的激光器或发光二极管对应的波长、光谱带宽和所述第一成像装置的放大倍数，查询预先制定的激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准表，得到所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源到所述第一成像装置镜头的物距d；

400.通过所述第一成像装置测量出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源清晰成像时的图像尺寸d_x^、、d_y^、，并根据所述第一成像装置放大倍数M₁，按式和式计算出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源垂直方向实际尺寸d_x、d_y； 

式：d_x= d_x^、/ M₁；

式：d_y = d_y^、/ M₁；

500.依据所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源垂直方向实际尺寸d_x、d_y的值，根据式计算出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源对象角α的值；

式：；

600.依据所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源对象角α的值，根据式计算出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源到所述第一成像装置镜头的热危害辐射距离r；

式：；

700.转动所述转动平面，使所述波长为λ的激光器或发光二极管光轴垂直于所述第一光功率计探头；此时所述第一试样平台的位置视为第一坐标原点，以所述热危害辐射距离r与所述物距d之间的差值为测试坐标，将所述第一试样平台的位置从所述第一坐标原点移动至所述测试坐标，用第一光功率计测量出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源在所述热危害辐射距离r的位置的热辐射值。

2.2请参见图2，图2揭示的是预先制定的激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准表的方法，这种预先制定的激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准表的方法，需要一种激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准装置才能完成，这种装置结构图参见图4，这种方法包括以下步骤：

800. 在所述标准光源的前端设有分化板，使所述标准光源的光轴垂直于所述第二成像装置的镜头；

900.沿所述第一直线导轨副移动所述第二试样平台，当所述标准光源在所述第二成像装置上成清晰图像时，停止移动所述第二试样平台；

1000.测量出所述标准光源在清晰成像时的图像尺寸u，在所述分化板上读出所述标准光源的垂直方向实际尺寸v，根据式计算出标准光源的放大倍数M；

  式：M=u/v；

  1100．当所述标准光源成清晰图像时，把此时所述第二试样平台的位置视为第二坐标原点，移动所述标准光源到所述第二成像装置的镜头位置，此位置到第二坐标原点的距离是物距d。

3.本发明实施装置

3.1请参见图3，图3所揭示的是完成上述一种电玩具中激光器或发光二极管辐射测试方法的装置，包括支架1、第一试样平台5和第一光功率计3e，转动平面（本实施例中，所述的转动平面实际上是指图3中的转动圆盘3）通过转动轴3c与所述支架1的Z轴连接，所述转动圆盘3上设有在同一平面内的第一成像装置的第一镜头2a和第一孔径光阑3a，所述第一孔径光阑3a紧贴第一光功率计探头3d，所述第一孔径光阑3a中心对准所述第一光功率计探头3d中心，所述支架1的一侧设有平行移动装置（本实施例中，所述的平行移动装置实际上是指图3中丝杆副4），所述丝杆副4包括螺杆和螺母4a；所述第一试样平台5与所述丝杆副的螺母4a固定连接；所述第一光功率计与所述第一光功率计探头电气连接。

所述第一成像装置2包括所述第一镜头2a、第一光束衰减器2b、第一CCD图像传感器和第一光束分析仪2c，所述第一镜头2a设置所述转动圆盘3上，在所述第一镜头2a后端依次设有所述第一光束衰减器2b和所述第一CCD图像传感器，所述第一CCD图像传感器与所述第一光束分析仪2c电气连接，所述第一光束分析仪2c与电脑2d连接；

所述第一试样平台5包括测量平台5a、线夹5b、第一游标卡尺5c、第二游标卡尺5d、所述第一游标卡尺5c和/或第二游标卡尺5d可以用其它的长度测量工具代替，支撑件5e和滚珠花键副6；所述滚珠花键副6包括花键套6a和花键轴6b；

所述测量平台5a的上面设有所述线夹5b，所述第一游标卡尺5c的主尺端与所述滚珠花键副的花键轴6b分别平行的固定在所述测量平台5a的下面，所述第一游标卡尺5c的游标与所述滚珠花键副的花键轴6b分别平行的设置在所述支撑5e件上 ，所述第二游标卡尺5d与所述丝杆副4平行，所述第二游标卡尺5d固定在所述支撑件5e上，所述支撑件5e固定在所述丝杆副的螺母4a上。具体测量方法如下所示：

.通过所述线夹5b将被测试的电玩具固定在所述测量平台5a上，用光谱仪测出激光器或发光二极管的波长λ，使所述波长为λ的激光器或发光二极管光轴垂直于所述第一成像装置2的第一镜头2a；

.转动所述手柄4c，使沿所述第一试样平台5沿着所述丝杆副6平行移动，使所述波长为λ的激光器或发光二极管在所述第一成像装置2上成像，当所成的像为清晰图像时，停止转动手柄4c；

.根据所述波长为λ的激光器或发光二极管对应的波长、光谱带宽和所述第一成像装置2的放大倍数，查询预先制定的激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准表，得到所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源到所述第一成像装置2的第一镜头2a的物距d；

.通过与所述第一成像装置电气连接的所述电脑2d上的软件测量出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源清晰成像时的图像尺寸d_x^、、d_y^、，并根据所述第一成像装置放大倍数M₁，按式和式计算出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源垂直方向实际尺寸d_x、d_y； 

式：d_x= d_x^、/ M₁；

式：d_y = d_y^、/ M₁；

.依据所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源垂直方向实际尺寸d_x、d_y的值，根据式计算出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源对象角α的值；

式：；

.依据所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源对象角α的值，根据式计算出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源到所述第一成像装置镜头的热危害辐射距离r；

式：；

.转动所述转动圆盘3，使所述波长为λ的激光器或发光二极管光轴垂直于所述第一光功率计探头3d；此时所述第一试样平台5的位置视为第一坐标原点，以所述热危害辐射距离r与所述物距d之间的差值为测试坐标，转动所述手柄4c，从所述第二游标卡尺5d上读出需要移动的所述测试坐标，用第一光功率计3e测量出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源在所述热危害辐射距离r的位置的热辐射值。

本发明中，通过转动所述滚珠花键副的花键套6a，调整所述测量平台5a的高度，从所述第一游标卡尺5c读出调整的高度；当所述波长为λ的激光器或发光二极管的波长在400nm—600nm范围时，还要测量光化学危害辐射。

本发明中，所述转动圆盘3上设有在同一平面内的所述第一成像装置的第一镜头2a和所述第一孔径光阑3a，这样当需要测量所述波长为λ的激光器或发光二极管辐射时，只需要转动所述转动圆盘3，使所述波长为λ的激光器或发光二极管光轴垂直于所述第一光功率计探头3d，就可以直接用第一光功率计3e测量出所述波长为λ的激光器或发光二极管的表观光源在所述热危害辐射距离r的位置的热辐射值。不需要对成像装置和所述孔径光阑分别安装测试。

本发明中，所述转动平面还可以用移动装置代替，所述移动装置包括第二直线导轨副，所述第二直线导轨副与所述支架1的Z轴固定连接，在同一平面内的所述第一成像装置的第一镜头2a与所述第一光功率计探头3d设置在所述第二直线导轨副的第三滑块上。

本发明中，所述第一孔径光阑3a的直径是7mm，所述7mm孔径光阑与所述第一成像装置的第一镜头2a分布在同一个圆周上。

本发明中，当所述激光器或发光二极管的波长在400nm—600nm范围时，还要测量光化学危害辐射，包括视场光阑，所述视场光阑的直径是1.1mm，所述1.1mm视场光阑垂直放置于所述波长为λ的激光器或发光二极管前端，并使所述1.1mm视场光阑中心对准所述波长为λ的激光器或发光二极管光轴。

本发明中，所述转动平面可以是圆形转动平面、三角形转动平面或多边形转动平面。所述平行移动装置可以是丝杆副、直线导轨副或光杆。所述第二直线导轨副是滚轮直线导轨副或滚珠直线导轨副。

3.2请参见图4，图4揭示的是一只激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准装置，包括：第一安装台13、第二试样台14和第一直线导轨副15；所述第一安装台13设有第二成像装置16，所述第二成像装置16包括第二镜头16a、第二光束衰减器16b、第二CCD图像传感器和第二光束分析仪16c，所述第二镜头16a后端依次设有所述第二光束衰减器16b和所述第二CCD图像传感器，所述第二CCD图像传感器与所述第二光束分析仪16c电气连接，所述第二光束分析仪16c通过导线与所述电脑2d连接；所述第一安装台13和所述第二试样台14分别与所述第一直线导轨副15上的第一滑块15a和第二滑块15b固定连接，所述第二试样平台14上设有已知中心波长和光谱带宽的标准光源；激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准表具体制作方法如下：

. 在所述标准光源的前端设有分化板17，使所述标准光源的光轴垂直于所述第二成像装置的镜头16a；

.沿所述第一直线导轨副15移动所述第二试样平台14，当所述标准光源在所述第二成像装置16上成清晰图像时，停止移动所述第二试样平台14；

.测量出所述标准光源在清晰成像时的图像尺寸u，在所述分化板17上读出所述标准光源18的垂直方向实际尺寸v，根据式计算出标准光源的放大倍数M；

  式：M=u/v；

u是所述标准光源18清晰成像时在x轴和y轴图像尺寸的大小，

v是所述标准光源18垂直方向上在x轴和y轴实际尺寸的大小，当x轴和y轴的值不相等时，所述标准光源18是矩形表观光源，当x轴和y轴的值相等时，所述标准光源18是圆形表观光源。

．当所述标准光源18成清晰图像时，把此时所述第二试样平台14的位置视为第二坐标原点，移动所述标准光源18到所述第二成像装置的镜头16a位置，此位置到第二坐标原点的距离是物距d。

所述第二光束衰减器16b的作用是用于衰减光束强度，第二成像装置16中的所述第二CCD图像传感器感应光束强度范围有限，需要用所述第二光束衰减器16b调节入射光束的强度。

根据实际需要制定不同波长的表观光源在清晰成像时的物距校准表（见表一），用相同的测量装置测量相同波长的表观光源，当所述相同波长的表观光源清晰成像时，通过查询所述预先制定的激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准表，无需测量就能得到所述相同波长的表观光源清晰成像时的位置到所述测量装置的成像镜头基准面的距离。

表一、激光器或发光二极管的表观光源清晰成像物距校准表