投影仪的光生物安全的要求与测量

杨 杰，刘 淋，刘必圆

(重庆出入境检验检疫局检验检疫技术中心，重庆 400025)

引言

根据典型使用场景，投影仪可分为教学型投影仪、商务型投影仪、工程型投影仪、影剧院投影仪及家庭影院投影仪，应用于不同环境下的投影仪通常具有不同的性能特点。随着投影仪所用光源技术的变革，室外用投影仪正朝着高亮度、大面积、远距离方向发展，室内用投影仪则不断追逐高对比度、高分辨率和高使用寿命。但由于室外投影仪缺乏使用的规范性指导，以及室内投影仪放置方式和位置的随意性，使得使用者的眼不慎受到光辐射的几率较高。那么，投影仪所使用的光源主要有哪些？不同光源对人眼造成的潜在光辐射危险包括哪些？如何根据国际标准IEC 62471-5[1]进行投影仪的光生物安全测试呢？

1 投影仪光源的发展

目前市售的主流投影机所采用的技术方案基本分为数字光处理(DLP)技术与3LCD技术。

投影仪所使用的光源包括传统的高强度气体放电光源(例如超高压汞灯、短弧氙灯、金属卤素灯)及以LED光源和激光光源为代表的新型光源。传统光源投影机通常会在使用一段时间后，随着光源出射光的衰减而使投影图像变暗变黄(如亮度衰减、色饱和度对比度降低等)，在对图像质量要求较高的使用场合，即使灯泡仍还在发光，也不得不因此而更换灯泡。所以光衰成为使用传统光源的投影机所无法逾越的一个主要障碍。随着半导体照明技术以及激光技术的发展，LED光源以及激光光源不仅在照明领域得以迅速发展，在显示领域也取得了广泛的应用。LED是新型光源中最早被用于投影仪的产品，由于LED可以使投影仪的成像结构更加简单，因此尺寸较小、易于携带、使用简单的投影仪产品给教学、商务和个人娱乐带来了很大的便利。同时，激光作为一种全新的投影光源，它的出现解决了使用传统光源的投影机在亮度衰减、色彩、功耗等方面的缺陷，同时，由于其属于冷光源，所以具有即开即亮的特点，从根本上消除了使用传统光源需要等待开机以及发光稳定的现象。

在投影仪技术发展过程中，制造商对于投影仪的亮度、体积、功耗、寿命等性能不断进行改进的追逐从未止步。而投影仪所使用的光源正经历着从传统光源向新型光源的转变。

2 投影仪光生物安全的要求

投影仪产品应用的普及，使投影仪在用户心理的定位从较为专业的显示设备，逐步向大众消费类电子产品转变。但是，此种大众消费电子产品却潜藏着一定的光辐射安全隐患。随着高亮度投影仪用于家庭，便携式投影仪用于教室和会议室，特别是大功率超高亮投影仪用于人员密集的演出场所，再加上产品用户手册或产品标识上表述信息的缺失，所导致的使用人员或观看人员遭受到光辐射成为一个非常严重和紧迫的问题。因此，国际电工委员会(IEC)于2015年5月正式发布IEC 62471-5《灯和灯系统的光生物安全 第5部分：投影仪》(Photobiological safety of lamps and lamp systems-Part 5: Image projectors)，对投影仪产品的光辐射安全要求与标识信息进行了规范。

2.1 投影仪光辐射危害类型

根据IEC 62471:2006[2]所述，波长范围为200～3 000 nm的光辐射存在对人体的眼睛和皮肤产生损伤的可能，这其中包括了6种危害类型。对于投影仪来说，其潜在的光辐射危害主要由投影仪所使用的光源所决定。而当前投影仪产品所使用的光源类型集中在LED、卤钨灯、放电灯(或弧光灯)以及激光，所以IEC 62471-5依据不同光源的典型光谱辐射功率分布，制定了如表1所示的危害评估类型。

表1 不同光源投影仪所需评估的危害类型

从表1可以看出，采用不同光源的投影仪所需评估的危害类型不尽相同。短波的紫外光穿透能力较弱，且安装在投影仪内部的光源一般还需经过透镜、棱镜、像源面板等多个光学元件后才能出射，所以除非安装有高紫外反射和透射的光学元件，否则光源中所包含的紫外光很难存在于投影仪最终的出射光中。因此，对于投影仪产品无需评估光化学紫外危害和眼睛近紫外危害。但是无论采用何种光源和光学元件，投影仪出射光的主要能量通常分布在可见光波段，而300～700 nm正处于蓝光危害效应作用区域，因此所有投影仪产品均需进行视网膜蓝光危害评估。且对于LED、放电灯、弧光灯和激光光源投影仪，还需评估其对视网膜造成的热损伤危险。

2.2 投影仪制造商要求

通常情况下，家庭影院和微型投影可使用危险等级为RG0和RG1的投影仪产品，室内投影仪和可移动式投影仪可使用危险等级为RG2的产品，影剧院的大型高亮投影仪可使用危险等级为RG3的产品[1]。但对于普通消费者来说，无法预知和判断投影仪的潜在光辐射危险情况。而且某些应放置在固定隔离位置的产品，在用户不知情的情况下可能会被当作可移动式设备使用。因此，IEC 62471-5规定了投影仪制造商有责任对产品的光辐射危险等级进行评估，并告知用户需采取相应的工程控制措施来降低危险等级。

对于评估为RG0和RG1的投影仪产品，由于其“相对安全”，且无法合理的预估投影仪出射光直射入人眼的持续时间，所以对此类产品无需提出控制措施。

对于评估为RG2或RG2以下的投影仪产品，如果配备了更大投射比的可替换镜头，则制造商需要在用户手册中增加更换镜头后的有关说明信息，包括该产品更换镜头后的危险等级及警示语(例如“不允许直接暴露于光束中”、“操作者应控制接触到光束的距离”或“将产品安装在一定高度防止操作者的眼睛暴露于危害距离内”等)、镜头的投射比范围，以及典型镜头的最高投射比所对应的危害距离。对于RG2或RG2以上的投影仪产品，为了确保使用者或误操作人员的安全，产品还应具有“软启动”功能，即当投影仪出射光束后不会立即达到满功率输出状态。

对于评估为RG3的投影仪产品，应仅由专业操作人员进行使用。并标注每个投射比所对应的最大发射功率的条件下的危害距离。若需要对RG3投影仪进行维护，则需注明只有经过授权培训的服务人员才能执行操作。

除此以外，如果产品需要在特定的位置进行安装和使用，或需要对使用和维修人员进行培训，则制造商需要在用户手册中进行说明，从而为用户安全的使用产品提供指导。

2.3 投影仪产品标识

形象化的标签和标识通常能使用户迅速、直观的获得产品的有关信息。因此，制造商还需根据需要在产品的显著位置粘贴永久固定、清晰、耐用的标签，从而保证人体暴露在不超过可接收辐射限值的距离时，即可直观读取产品的光辐射信息和控制措施信息。

RG0和RG1的投影仪产品在正常使用情况下是安全的，所以一般无需附件标签。对于RG1的产品也可选择在产品上标注标识信息。

RG2的投影仪产品已经具有较强的输出光，其意味着人眼暴露在其输出光束中超过0.25 s即可能造成视网膜蓝光危害或视网膜热危害，超过10 s还可能造成眼睛的红外辐射危害。这对于无意的眼接触来说，造成损伤的可能性非常大[3]。因此，在此类产品上应进行标识信息标注，直观地告诉用户注意不要凝视光束。

相比于RG2类的产品，RG3类产品具有更强的光输出，会在瞬间造成人眼的损伤。因此，进行产品标识标注，不但告知用户不要直视光束，还需对将眼睛暴露在光束中的行为予以警告。

对于激光投影仪，除了需满足以上的产品标识要求以外，也应遵照IEC 60825-1: 2014[4]中条款4.4执行所述的标签要求。

3 投影仪光生物安全的测量方法

投影仪作为显示产品，相比于照明产品来说，对其光辐射危险等级的评估有一些新的要求，主要体现在对于测量条件的完善、测量投射比和测量距离的规定、以及测量视场的限定。

1)测量条件。在进行测试时，除了应满足IEC 62471:2006中所述的大气条件(温度、湿度)、震动等外，被测产品还应调到最大发射水平，即光源应以最大的光功率输出。对于影像投影仪来说，可以通过改变其调制状态、色彩水平和出射光空间特征等，实现其最高的辐射功率输出。同时，进行产品危险等级评价时，应考虑到可预见的单一故障条件(例如镜头中的镜片或扩束器损坏、电路故障等)。在任何合理的可预见单一故障下，图像投影仪的可达发射不应该超过其标注的危险等级发射限值。

2)投射比与测量距离。投影仪与其他显示产品的一个最大区别，莫过于其显示画面的尺寸是可以调整的，这就是投射比，即投影距离与画面宽度之比。通常投影距离越远则画面越大，但是不同的产品，投射画面大小的能力也不同，这主要取决于投影仪所使用的成像镜头。所以在进行光辐射危险等级评估时，需要对被测产品的投射比进行规定。对于不带可调焦的固定焦距投影仪产品，在测量时应调整其焦距以达到最大亮度输出状态；对于带有可调投射比(变焦)镜头但不可更换的投影仪，应调整焦距以达到辐亮度与可达发射之比为最大；对于配备可更换透镜系统的投影仪产品，应将投射比调整到2.0或更高的条件下进行测试。测试时，不同于IEC 62471:2006所述的200 mm(对于非普通照明用灯)和500 lx(对于普通照明用灯)的测量距离，进行投影仪产品可达发射测量时，应从人可接近光源的最近点，到沿着出射光束轴线1 m的距离下进行测试。

3)测量视场。在光生物安全测量与评价中，视网膜受辐照的面积是决定蓝光危害和视网膜热危害辐射值的重要因素之一，且人眼的生理结构决定了在不同持续观察时间下，可视点光源在视网膜上的视场角会发生变化[5]。因此，测量视场是否准确会对最终的评价结果产生重要影响。IEC 62471:2006中首次对光辐射安全测量所用的视场进行了规定，在IEC 62471-5:2015中对部分测量视场进行了修改。测量视场的变化如表2所示。

表2 测量视场

4 投影仪光生物安全的调研分析

在各大型商场、超市的电子电器类产品柜台、数码电器广场以及网上购物平台，各种类型的投影仪随处可见，种类样式繁多。调研时，随机对销量较好的几种品牌的投影仪进行了抽样，如表3所示。依据IEC 62471-5:2015中所述的要求对以下几项进行了检测。

表3 测量样品

1)产品标识。抽样选取的6个样品，经检查产品外包装、用户手册和粘贴在产品上的标签信息，除标注了电子产品的常规信息外，并无专门针对其光辐射危险等级，依据IEC 62471-5:2015标注有关的标识及警示信息。对于产品的安装、维护与操作信息，也未从光辐射生物安全的角度提出建议与要求。对于可更换镜头的投影仪产品，并未说明更换后带来的光辐射变化。其实，不止抽样的6个样品存在上述问题，通过走访市售的投影仪产品，发现很少有投影仪产品对避免受到光辐射危害的有关信息进行标注。

2)光辐射危险等级评估。依据IEC 62471-5:2015中第5章所述的对于投射比、测量距离、视场等测量要求，对样品进行了光辐射危险等级测试与评估，测量结果如表4所示。

表4 测量结果

从表4中可以看出，6个被测样品中有4个样品为RG1，有2个样品为RG2。评估为RG2的2个样品中有1个样品的视网膜热危害较高，1个样品的蓝光危害较高。这也意味着这2个样品，当人眼暴露在光束中超过0.25 s就会造成视网膜的损伤，其危险性不言而喻。

5 结束语

随着新型光源在投影仪中的应用，高亮度的投影仪产品不断地被推向市场。但是我们通过实际调研发现，市售投影仪产品关于光辐射生物安全的标识信息的标记情况令人堪忧，这有可能会给使用者带来一定的安全隐患。因此，我们建议投影仪产品制造商应本着对消费者负责的态度，按照IEC等标准的要求进一步完善产品标识；而监管部门应进一步加强对产品管控，使消费者能够安全地使用投影仪产品，而免受光辐射的损伤。

[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] 乔波, 程丽玲. 光生物辐射危害解读[J]. 照明工程学报, 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] 过峰, 乔波, 赵介军. 光生物辐射安全测量技术[J]. 照明工程学报, 2014, 25(4)：45.