投影儀的光生物安全的要求與測(cè)量

楊 杰，劉 淋，劉必圓

(重慶出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，重慶 400025)

引言

根據(jù)典型使用場(chǎng)景，投影儀可分為教學(xué)型投影儀、商務(wù)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(yīng)用于不同環(huán)境下的投影儀通常具有不同的性能特點(diǎn)。隨著投影儀所用光源技術(shù)的變革，室外用投影儀正朝著高亮度、大面積、遠(yuǎn)距離方向發(fā)展，室內(nèi)用投影儀則不斷追逐高對(duì)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(guī)范性指導(dǎo)，以及室內(nèi)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(duì)人眼造成的潛在光輻射危險(xiǎn)包括哪些？如何根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62471-5[1]進(jìn)行投影儀的光生物安全測(cè)試呢？

1 投影儀光源的發(fā)展

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

投影儀所使用的光源包括傳統(tǒng)的高強(qiáng)度氣體放電光源(例如超高壓汞燈、短弧氙燈、金屬鹵素?zé)?及以LED光源和激光光源為代表的新型光源。傳統(tǒng)光源投影機(jī)通常會(huì)在使用一段時(shí)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(duì)比度降低等)，在對(duì)圖像質(zhì)量要求較高的使用場(chǎng)合，即使燈泡仍還在發(fā)光，也不得不因此而更換燈泡。所以光衰成為使用傳統(tǒng)光源的投影機(jī)所無(wú)法逾越的一個(gè)主要障礙。隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)以及激光技術(shù)的發(fā)展，LED光源以及激光光源不僅在照明領(lǐng)域得以迅速發(fā)展，在顯示領(lǐng)域也取得了廣泛的應(yīng)用。LED是新型光源中最早被用于投影儀的產(chǎn)品，由于LED可以使投影儀的成像結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，因此尺寸較小、易于攜帶、使用簡(jiǎn)單的投影儀產(chǎn)品給教學(xué)、商務(wù)和個(gè)人娛樂(lè)帶來(lái)了很大的便利。同時(shí)，激光作為一種全新的投影光源，它的出現(xiàn)解決了使用傳統(tǒng)光源的投影機(jī)在亮度衰減、色彩、功耗等方面的缺陷，同時(shí)，由于其屬于冷光源，所以具有即開(kāi)即亮的特點(diǎn)，從根本上消除了使用傳統(tǒng)光源需要等待開(kāi)機(jī)以及發(fā)光穩(wěn)定的現(xiàn)象。

在投影儀技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，制造商對(duì)于投影儀的亮度、體積、功耗、壽命等性能不斷進(jìn)行改進(jìn)的追逐從未止步。而投影儀所使用的光源正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)光源向新型光源的轉(zhuǎn)變。

2 投影儀光生物安全的要求

投影儀產(chǎn)品應(yīng)用的普及，使投影儀在用戶心理的定位從較為專業(yè)的顯示設(shè)備，逐步向大眾消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品轉(zhuǎn)變。但是，此種大眾消費(fèi)電子產(chǎn)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(huì)議室，特別是大功率超高亮投影儀用于人員密集的演出場(chǎng)所，再加上產(chǎn)品用戶手冊(cè)或產(chǎn)品標(biāo)識(shí)上表述信息的缺失，所導(dǎo)致的使用人員或觀看人員遭受到光輻射成為一個(gè)非常嚴(yán)重和緊迫的問(wèn)題。因此，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)于2015年5月正式發(fā)布IEC 62471-5《燈和燈系統(tǒng)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(duì)投影儀產(chǎn)品的光輻射安全要求與標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行了規(guī)范。

2.1 投影儀光輻射危害類(lèi)型

根據(jù)IEC 62471:2006[2]所述，波長(zhǎng)范圍為200～3 000 nm的光輻射存在對(duì)人體的眼睛和皮膚產(chǎn)生損傷的可能，這其中包括了6種危害類(lèi)型。對(duì)于投影儀來(lái)說(shuō)，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(dāng)前投影儀產(chǎn)品所使用的光源類(lèi)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(jù)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(píng)估類(lèi)型。

表1 不同光源投影儀所需評(píng)估的危害類(lèi)型

從表1可以看出，采用不同光源的投影儀所需評(píng)估的危害類(lèi)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(nèi)部的光源一般還需經(jīng)過(guò)透鏡、棱鏡、像源面板等多個(gè)光學(xué)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(xué)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(duì)于投影儀產(chǎn)品無(wú)需評(píng)估光化學(xué)紫外危害和眼睛近紫外危害。但是無(wú)論采用何種光源和光學(xué)元件，投影儀出射光的主要能量通常分布在可見(jiàn)光波段，而300～700 nm正處于藍(lán)光危害效應(yīng)作用區(qū)域，因此所有投影儀產(chǎn)品均需進(jìn)行視網(wǎng)膜藍(lán)光危害評(píng)估。且對(duì)于LED、放電燈、弧光燈和激光光源投影儀，還需評(píng)估其對(duì)視網(wǎng)膜造成的熱損傷危險(xiǎn)。

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(xiǎn)等級(jí)為RG0和RG1的投影儀產(chǎn)品，室內(nèi)投影儀和可移動(dòng)式投影儀可使用危險(xiǎn)等級(jí)為RG2的產(chǎn)品，影劇院的大型高亮投影儀可使用危險(xiǎn)等級(jí)為RG3的產(chǎn)品[1]。但對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，無(wú)法預(yù)知和判斷投影儀的潛在光輻射危險(xiǎn)情況。而且某些應(yīng)放置在固定隔離位置的產(chǎn)品，在用戶不知情的情況下可能會(huì)被當(dāng)作可移動(dòng)式設(shè)備使用。因此，IEC 62471-5規(guī)定了投影儀制造商有責(zé)任對(duì)產(chǎn)品的光輻射危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，并告知用戶需采取相應(yīng)的工程控制措施來(lái)降低危險(xiǎn)等級(jí)。

對(duì)于評(píng)估為RG0和RG1的投影儀產(chǎn)品，由于其“相對(duì)安全”，且無(wú)法合理的預(yù)估投影儀出射光直射入人眼的持續(xù)時(shí)間，所以對(duì)此類(lèi)產(chǎn)品無(wú)需提出控制措施。

對(duì)于評(píng)估為RG2或RG2以下的投影儀產(chǎn)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(cè)中增加更換鏡頭后的有關(guān)說(shuō)明信息，包括該產(chǎn)品更換鏡頭后的危險(xiǎn)等級(jí)及警示語(yǔ)(例如“不允許直接暴露于光束中”、“操作者應(yīng)控制接觸到光束的距離”或“將產(chǎn)品安裝在一定高度防止操作者的眼睛暴露于危害距離內(nèi)”等)、鏡頭的投射比范圍，以及典型鏡頭的最高投射比所對(duì)應(yīng)的危害距離。對(duì)于RG2或RG2以上的投影儀產(chǎn)品，為了確保使用者或誤操作人員的安全，產(chǎn)品還應(yīng)具有“軟啟動(dòng)”功能，即當(dāng)投影儀出射光束后不會(huì)立即達(dá)到滿功率輸出狀態(tài)。

對(duì)于評(píng)估為RG3的投影儀產(chǎn)品，應(yīng)僅由專業(yè)操作人員進(jìn)行使用。并標(biāo)注每個(gè)投射比所對(duì)應(yīng)的最大發(fā)射功率的條件下的危害距離。若需要對(duì)RG3投影儀進(jìn)行維護(hù)，則需注明只有經(jīng)過(guò)授權(quán)培訓(xùn)的服務(wù)人員才能執(zhí)行操作。

除此以外，如果產(chǎn)品需要在特定的位置進(jìn)行安裝和使用，或需要對(duì)使用和維修人員進(jìn)行培訓(xùn)，則制造商需要在用戶手冊(cè)中進(jìn)行說(shuō)明，從而為用戶安全的使用產(chǎn)品提供指導(dǎo)。

2.3 投影儀產(chǎn)品標(biāo)識(shí)

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

RG0和RG1的投影儀產(chǎn)品在正常使用情況下是安全的，所以一般無(wú)需附件標(biāo)簽。對(duì)于RG1的產(chǎn)品也可選擇在產(chǎn)品上標(biāo)注標(biāo)識(shí)信息。

RG2的投影儀產(chǎn)品已經(jīng)具有較強(qiáng)的輸出光，其意味著人眼暴露在其輸出光束中超過(guò)0.25 s即可能造成視網(wǎng)膜藍(lán)光危害或視網(wǎng)膜熱危害，超過(guò)10 s還可能造成眼睛的紅外輻射危害。這對(duì)于無(wú)意的眼接觸來(lái)說(shuō)，造成損傷的可能性非常大[3]。因此，在此類(lèi)產(chǎn)品上應(yīng)進(jìn)行標(biāo)識(shí)信息標(biāo)注，直觀地告訴用戶注意不要凝視光束。

相比于RG2類(lèi)的產(chǎn)品，RG3類(lèi)產(chǎn)品具有更強(qiáng)的光輸出，會(huì)在瞬間造成人眼的損傷。因此，進(jìn)行產(chǎn)品標(biāo)識(shí)標(biāo)注，不但告知用戶不要直視光束，還需對(duì)將眼睛暴露在光束中的行為予以警告。

對(duì)于激光投影儀，除了需滿足以上的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)要求以外，也應(yīng)遵照IEC 60825-1: 2014[4]中條款4.4執(zhí)行所述的標(biāo)簽要求。

3 投影儀光生物安全的測(cè)量方法

投影儀作為顯示產(chǎn)品，相比于照明產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，對(duì)其光輻射危險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)估有一些新的要求，主要體現(xiàn)在對(duì)于測(cè)量條件的完善、測(cè)量投射比和測(cè)量距離的規(guī)定、以及測(cè)量視場(chǎng)的限定。

1)測(cè)量條件。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，除了應(yīng)滿足IEC 62471:2006中所述的大氣條件(溫度、濕度)、震動(dòng)等外，被測(cè)產(chǎn)品還應(yīng)調(diào)到最大發(fā)射水平，即光源應(yīng)以最大的光功率輸出。對(duì)于影像投影儀來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)改變其調(diào)制狀態(tài)、色彩水平和出射光空間特征等，實(shí)現(xiàn)其最高的輻射功率輸出。同時(shí)，進(jìn)行產(chǎn)品危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)考慮到可預(yù)見(jiàn)的單一故障條件(例如鏡頭中的鏡片或擴(kuò)束器損壞、電路故障等)。在任何合理的可預(yù)見(jiàn)單一故障下，圖像投影儀的可達(dá)發(fā)射不應(yīng)該超過(guò)其標(biāo)注的危險(xiǎn)等級(jí)發(fā)射限值。

2)投射比與測(cè)量距離。投影儀與其他顯示產(chǎn)品的一個(gè)最大區(qū)別，莫過(guò)于其顯示畫(huà)面的尺寸是可以調(diào)整的，這就是投射比，即投影距離與畫(huà)面寬度之比。通常投影距離越遠(yuǎn)則畫(huà)面越大，但是不同的產(chǎn)品，投射畫(huà)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(jìn)行光輻射危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估時(shí)，需要對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的投射比進(jìn)行規(guī)定。對(duì)于不帶可調(diào)焦的固定焦距投影儀產(chǎn)品，在測(cè)量時(shí)應(yīng)調(diào)整其焦距以達(dá)到最大亮度輸出狀態(tài)；對(duì)于帶有可調(diào)投射比(變焦)鏡頭但不可更換的投影儀，應(yīng)調(diào)整焦距以達(dá)到輻亮度與可達(dá)發(fā)射之比為最大；對(duì)于配備可更換透鏡系統(tǒng)的投影儀產(chǎn)品，應(yīng)將投射比調(diào)整到2.0或更高的條件下進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)，不同于IEC 62471:2006所述的200 mm(對(duì)于非普通照明用燈)和500 lx(對(duì)于普通照明用燈)的測(cè)量距離，進(jìn)行投影儀產(chǎn)品可達(dá)發(fā)射測(cè)量時(shí)，應(yīng)從人可接近光源的最近點(diǎn)，到沿著出射光束軸線1 m的距離下進(jìn)行測(cè)試。

3)測(cè)量視場(chǎng)。在光生物安全測(cè)量與評(píng)價(jià)中，視網(wǎng)膜受輻照的面積是決定藍(lán)光危害和視網(wǎng)膜熱危害輻射值的重要因素之一，且人眼的生理結(jié)構(gòu)決定了在不同持續(xù)觀察時(shí)間下，可視點(diǎn)光源在視網(wǎng)膜上的視場(chǎng)角會(huì)發(fā)生變化[5]。因此，測(cè)量視場(chǎng)是否準(zhǔn)確會(huì)對(duì)最終的評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生重要影響。IEC 62471:2006中首次對(duì)光輻射安全測(cè)量所用的視場(chǎng)進(jìn)行了規(guī)定，在IEC 62471-5:2015中對(duì)部分測(cè)量視場(chǎng)進(jìn)行了修改。測(cè)量視場(chǎng)的變化如表2所示。

表2 測(cè)量視場(chǎng)

4 投影儀光生物安全的調(diào)研分析

在各大型商場(chǎng)、超市的電子電器類(lèi)產(chǎn)品柜臺(tái)、數(shù)碼電器廣場(chǎng)以及網(wǎng)上購(gòu)物平臺(tái)，各種類(lèi)型的投影儀隨處可見(jiàn)，種類(lèi)樣式繁多。調(diào)研時(shí)，隨機(jī)對(duì)銷(xiāo)量較好的幾種品牌的投影儀進(jìn)行了抽樣，如表3所示。依據(jù)IEC 62471-5:2015中所述的要求對(duì)以下幾項(xiàng)進(jìn)行了檢測(cè)。

表3 測(cè)量樣品

1)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)。抽樣選取的6個(gè)樣品，經(jīng)檢查產(chǎn)品外包裝、用戶手冊(cè)和粘貼在產(chǎn)品上的標(biāo)簽信息，除標(biāo)注了電子產(chǎn)品的常規(guī)信息外，并無(wú)專門(mén)針對(duì)其光輻射危險(xiǎn)等級(jí)，依據(jù)IEC 62471-5:2015標(biāo)注有關(guān)的標(biāo)識(shí)及警示信息。對(duì)于產(chǎn)品的安裝、維護(hù)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(duì)于可更換鏡頭的投影儀產(chǎn)品，并未說(shuō)明更換后帶來(lái)的光輻射變化。其實(shí)，不止抽樣的6個(gè)樣品存在上述問(wèn)題，通過(guò)走訪市售的投影儀產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)很少有投影儀產(chǎn)品對(duì)避免受到光輻射危害的有關(guān)信息進(jìn)行標(biāo)注。

2)光輻射危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估。依據(jù)IEC 62471-5:2015中第5章所述的對(duì)于投射比、測(cè)量距離、視場(chǎng)等測(cè)量要求，對(duì)樣品進(jìn)行了光輻射危險(xiǎn)等級(jí)測(cè)試與評(píng)估，測(cè)量結(jié)果如表4所示。

表4 測(cè)量結(jié)果

從表4中可以看出，6個(gè)被測(cè)樣品中有4個(gè)樣品為RG1，有2個(gè)樣品為RG2。評(píng)估為RG2的2個(gè)樣品中有1個(gè)樣品的視網(wǎng)膜熱危害較高，1個(gè)樣品的藍(lán)光危害較高。這也意味著這2個(gè)樣品，當(dāng)人眼暴露在光束中超過(guò)0.25 s就會(huì)造成視網(wǎng)膜的損傷，其危險(xiǎn)性不言而喻。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著新型光源在投影儀中的應(yīng)用，高亮度的投影儀產(chǎn)品不斷地被推向市場(chǎng)。但是我們通過(guò)實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，市售投影儀產(chǎn)品關(guān)于光輻射生物安全的標(biāo)識(shí)信息的標(biāo)記情況令人堪憂，這有可能會(huì)給使用者帶來(lái)一定的安全隱患。因此，我們建議投影儀產(chǎn)品制造商應(yīng)本著對(duì)消費(fèi)者負(fù)責(zé)的態(tài)度，按照IEC等標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)一步完善產(chǎn)品標(biāo)識(shí)；而監(jiān)管部門(mén)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品管控，使消費(fèi)者能夠安全地使用投影儀產(chǎn)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(xué)報(bào), 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(guò)峰, 喬波, 趙介軍. 光生物輻射安全測(cè)量技術(shù)[J]. 照明工程學(xué)報(bào), 2014, 25(4)：45.