投影儀的光生物安全的要求與測量

楊 杰，劉 淋，劉必圓

(重慶出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心，重慶 400025)

引言

根據典型使用場景，投影儀可分為教學型投影儀、商務型投影儀、工程型投影儀、影劇院投影儀及家庭影院投影儀，應用于不同環境下的投影儀通常具有不同的性能特點。隨著投影儀所用光源技術的變革，室外用投影儀正朝著高亮度、大面積、遠距離方向發展，室內用投影儀則不斷追逐高對比度、高分辨率和高使用壽命。但由于室外投影儀缺乏使用的規范性指導，以及室內投影儀放置方式和位置的隨意性，使得使用者的眼不慎受到光輻射的幾率較高。那么，投影儀所使用的光源主要有哪些？不同光源對人眼造成的潛在光輻射危險包括哪些？如何根據國際標準IEC 62471-5[1]進行投影儀的光生物安全測試呢？

1 投影儀光源的發展

目前市售的主流投影機所采用的技術方案基本分為數字光處理(DLP)技術與3LCD技術。

投影儀所使用的光源包括傳統的高強度氣體放電光源(例如超高壓汞燈、短弧氙燈、金屬鹵素燈)及以LED光源和激光光源為代表的新型光源。傳統光源投影機通常會在使用一段時間后，隨著光源出射光的衰減而使投影圖像變暗變黃(如亮度衰減、色飽和度對比度降低等)，在對圖像質量要求較高的使用場合，即使燈泡仍還在發光，也不得不因此而更換燈泡。所以光衰成為使用傳統光源的投影機所無法逾越的一個主要障礙。隨著半導體照明技術以及激光技術的發展，LED光源以及激光光源不僅在照明領域得以迅速發展，在顯示領域也取得了廣泛的應用。LED是新型光源中最早被用于投影儀的產品，由于LED可以使投影儀的成像結構更加簡單，因此尺寸較小、易于攜帶、使用簡單的投影儀產品給教學、商務和個人娛樂帶來了很大的便利。同時，激光作為一種全新的投影光源，它的出現解決了使用傳統光源的投影機在亮度衰減、色彩、功耗等方面的缺陷，同時，由于其屬于冷光源，所以具有即開即亮的特點，從根本上消除了使用傳統光源需要等待開機以及發光穩定的現象。

在投影儀技術發展過程中，制造商對于投影儀的亮度、體積、功耗、壽命等性能不斷進行改進的追逐從未止步。而投影儀所使用的光源正經歷著從傳統光源向新型光源的轉變。

2 投影儀光生物安全的要求

投影儀產品應用的普及，使投影儀在用戶心理的定位從較為專業的顯示設備，逐步向大眾消費類電子產品轉變。但是，此種大眾消費電子產品卻潛藏著一定的光輻射安全隱患。隨著高亮度投影儀用于家庭，便攜式投影儀用于教室和會議室，特別是大功率超高亮投影儀用于人員密集的演出場所，再加上產品用戶手冊或產品標識上表述信息的缺失，所導致的使用人員或觀看人員遭受到光輻射成為一個非常嚴重和緊迫的問題。因此，國際電工委員會(IEC)于2015年5月正式發布IEC 62471-5《燈和燈系統的光生物安全 第5部分：投影儀》(Photobiological safety of lamps and lamp systems-Part 5: Image projectors)，對投影儀產品的光輻射安全要求與標識信息進行了規范。

2.1 投影儀光輻射危害類型

根據IEC 62471:2006[2]所述，波長范圍為200～3 000 nm的光輻射存在對人體的眼睛和皮膚產生損傷的可能，這其中包括了6種危害類型。對于投影儀來說，其潛在的光輻射危害主要由投影儀所使用的光源所決定。而當前投影儀產品所使用的光源類型集中在LED、鹵鎢燈、放電燈(或弧光燈)以及激光，所以IEC 62471-5依據不同光源的典型光譜輻射功率分布，制定了如表1所示的危害評估類型。

表1 不同光源投影儀所需評估的危害類型

從表1可以看出，采用不同光源的投影儀所需評估的危害類型不盡相同。短波的紫外光穿透能力較弱，且安裝在投影儀內部的光源一般還需經過透鏡、棱鏡、像源面板等多個光學元件后才能出射，所以除非安裝有高紫外反射和透射的光學元件，否則光源中所包含的紫外光很難存在于投影儀最終的出射光中。因此，對于投影儀產品無需評估光化學紫外危害和眼睛近紫外危害。但是無論采用何種光源和光學元件，投影儀出射光的主要能量通常分布在可見光波段，而300～700 nm正處于藍光危害效應作用區域，因此所有投影儀產品均需進行視網膜藍光危害評估。且對于LED、放電燈、弧光燈和激光光源投影儀，還需評估其對視網膜造成的熱損傷危險。

2.2 投影儀制造商要求

通常情況下，家庭影院和微型投影可使用危險等級為RG0和RG1的投影儀產品，室內投影儀和可移動式投影儀可使用危險等級為RG2的產品，影劇院的大型高亮投影儀可使用危險等級為RG3的產品[1]。但對于普通消費者來說，無法預知和判斷投影儀的潛在光輻射危險情況。而且某些應放置在固定隔離位置的產品，在用戶不知情的情況下可能會被當作可移動式設備使用。因此，IEC 62471-5規定了投影儀制造商有責任對產品的光輻射危險等級進行評估，并告知用戶需采取相應的工程控制措施來降低危險等級。

對于評估為RG0和RG1的投影儀產品，由于其“相對安全”，且無法合理的預估投影儀出射光直射入人眼的持續時間，所以對此類產品無需提出控制措施。

對于評估為RG2或RG2以下的投影儀產品，如果配備了更大投射比的可替換鏡頭，則制造商需要在用戶手冊中增加更換鏡頭后的有關說明信息，包括該產品更換鏡頭后的危險等級及警示語(例如“不允許直接暴露于光束中”、“操作者應控制接觸到光束的距離”或“將產品安裝在一定高度防止操作者的眼睛暴露于危害距離內”等)、鏡頭的投射比范圍，以及典型鏡頭的最高投射比所對應的危害距離。對于RG2或RG2以上的投影儀產品，為了確保使用者或誤操作人員的安全，產品還應具有“軟啟動”功能，即當投影儀出射光束后不會立即達到滿功率輸出狀態。

對于評估為RG3的投影儀產品，應僅由專業操作人員進行使用。并標注每個投射比所對應的最大發射功率的條件下的危害距離。若需要對RG3投影儀進行維護，則需注明只有經過授權培訓的服務人員才能執行操作。

除此以外，如果產品需要在特定的位置進行安裝和使用，或需要對使用和維修人員進行培訓，則制造商需要在用戶手冊中進行說明，從而為用戶安全的使用產品提供指導。

2.3 投影儀產品標識

形象化的標簽和標識通常能使用戶迅速、直觀的獲得產品的有關信息。因此，制造商還需根據需要在產品的顯著位置粘貼永久固定、清晰、耐用的標簽，從而保證人體暴露在不超過可接收輻射限值的距離時，即可直觀讀取產品的光輻射信息和控制措施信息。

RG0和RG1的投影儀產品在正常使用情況下是安全的，所以一般無需附件標簽。對于RG1的產品也可選擇在產品上標注標識信息。

RG2的投影儀產品已經具有較強的輸出光，其意味著人眼暴露在其輸出光束中超過0.25 s即可能造成視網膜藍光危害或視網膜熱危害，超過10 s還可能造成眼睛的紅外輻射危害。這對于無意的眼接觸來說，造成損傷的可能性非常大[3]。因此，在此類產品上應進行標識信息標注，直觀地告訴用戶注意不要凝視光束。

相比于RG2類的產品，RG3類產品具有更強的光輸出，會在瞬間造成人眼的損傷。因此，進行產品標識標注，不但告知用戶不要直視光束，還需對將眼睛暴露在光束中的行為予以警告。

對于激光投影儀，除了需滿足以上的產品標識要求以外，也應遵照IEC 60825-1: 2014[4]中條款4.4執行所述的標簽要求。

3 投影儀光生物安全的測量方法

投影儀作為顯示產品，相比于照明產品來說，對其光輻射危險等級的評估有一些新的要求，主要體現在對于測量條件的完善、測量投射比和測量距離的規定、以及測量視場的限定。

1)測量條件。在進行測試時，除了應滿足IEC 62471:2006中所述的大氣條件(溫度、濕度)、震動等外，被測產品還應調到最大發射水平，即光源應以最大的光功率輸出。對于影像投影儀來說，可以通過改變其調制狀態、色彩水平和出射光空間特征等，實現其最高的輻射功率輸出。同時，進行產品危險等級評價時，應考慮到可預見的單一故障條件(例如鏡頭中的鏡片或擴束器損壞、電路故障等)。在任何合理的可預見單一故障下，圖像投影儀的可達發射不應該超過其標注的危險等級發射限值。

2)投射比與測量距離。投影儀與其他顯示產品的一個最大區別，莫過于其顯示畫面的尺寸是可以調整的，這就是投射比，即投影距離與畫面寬度之比。通常投影距離越遠則畫面越大，但是不同的產品，投射畫面大小的能力也不同，這主要取決于投影儀所使用的成像鏡頭。所以在進行光輻射危險等級評估時，需要對被測產品的投射比進行規定。對于不帶可調焦的固定焦距投影儀產品，在測量時應調整其焦距以達到最大亮度輸出狀態；對于帶有可調投射比(變焦)鏡頭但不可更換的投影儀，應調整焦距以達到輻亮度與可達發射之比為最大；對于配備可更換透鏡系統的投影儀產品，應將投射比調整到2.0或更高的條件下進行測試。測試時，不同于IEC 62471:2006所述的200 mm(對于非普通照明用燈)和500 lx(對于普通照明用燈)的測量距離，進行投影儀產品可達發射測量時，應從人可接近光源的最近點，到沿著出射光束軸線1 m的距離下進行測試。

3)測量視場。在光生物安全測量與評價中，視網膜受輻照的面積是決定藍光危害和視網膜熱危害輻射值的重要因素之一，且人眼的生理結構決定了在不同持續觀察時間下，可視點光源在視網膜上的視場角會發生變化[5]。因此，測量視場是否準確會對最終的評價結果產生重要影響。IEC 62471:2006中首次對光輻射安全測量所用的視場進行了規定，在IEC 62471-5:2015中對部分測量視場進行了修改。測量視場的變化如表2所示。

表2 測量視場

4 投影儀光生物安全的調研分析

在各大型商場、超市的電子電器類產品柜臺、數碼電器廣場以及網上購物平臺，各種類型的投影儀隨處可見，種類樣式繁多。調研時，隨機對銷量較好的幾種品牌的投影儀進行了抽樣，如表3所示。依據IEC 62471-5:2015中所述的要求對以下幾項進行了檢測。

表3 測量樣品

1)產品標識。抽樣選取的6個樣品，經檢查產品外包裝、用戶手冊和粘貼在產品上的標簽信息，除標注了電子產品的常規信息外，并無專門針對其光輻射危險等級，依據IEC 62471-5:2015標注有關的標識及警示信息。對于產品的安裝、維護與操作信息，也未從光輻射生物安全的角度提出建議與要求。對于可更換鏡頭的投影儀產品，并未說明更換后帶來的光輻射變化。其實，不止抽樣的6個樣品存在上述問題，通過走訪市售的投影儀產品，發現很少有投影儀產品對避免受到光輻射危害的有關信息進行標注。

2)光輻射危險等級評估。依據IEC 62471-5:2015中第5章所述的對于投射比、測量距離、視場等測量要求，對樣品進行了光輻射危險等級測試與評估，測量結果如表4所示。

表4 測量結果

從表4中可以看出，6個被測樣品中有4個樣品為RG1，有2個樣品為RG2。評估為RG2的2個樣品中有1個樣品的視網膜熱危害較高，1個樣品的藍光危害較高。這也意味著這2個樣品，當人眼暴露在光束中超過0.25 s就會造成視網膜的損傷，其危險性不言而喻。

5 結束語

隨著新型光源在投影儀中的應用，高亮度的投影儀產品不斷地被推向市場。但是我們通過實際調研發現，市售投影儀產品關于光輻射生物安全的標識信息的標記情況令人堪憂，這有可能會給使用者帶來一定的安全隱患。因此，我們建議投影儀產品制造商應本著對消費者負責的態度，按照IEC等標準的要求進一步完善產品標識；而監管部門應進一步加強對產品管控，使消費者能夠安全地使用投影儀產品，而免受光輻射的損傷。

[1] Photobiological safety of lamps and lamp systems-Part 5: Image projectors：IEC 62471-5:2015[S].

[2] Photobiological safety of lamps and lamp systems：IEC 62471:2006[S].

[3] 喬波, 程麗玲. 光生物輻射危害解讀[J]. 照明工程學報, 2013, 24(增刊)：61.

[4] Safety of laser products- Part 1: Equipment classification, requirements and user’s guide：IEC 60825-1: 2014[S].

[5] 過峰, 喬波, 趙介軍. 光生物輻射安全測量技術[J]. 照明工程學報, 2014, 25(4)：45.