Messungen zur Klassifizierung

[ulm]

Hallo zusammen,

ich habe eine generelle Frage zur Klassifizierung, zu der ich keine richtige Information finden kann.

Wieso wird zur Berechnung/Messung der Bestrahlungsstärke im sichtbaren Bereich ein Mindestabstand von 100mm festgelegt? Eine Blende von 7mm leuchtet ein, was wahrscheinlich der Größe der Augenlinse entspricht, aber ein kleinerer Abstand kann ja durchaus mehr Leistung bedeuten. Außerdem habe ich zum "ungünstigsten" Fall teilweise auch was von einem Abstand von 70mm gelesen.

In einigen Rechenbeispielen zu unserem Lernmaterial soll z.B. im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung überprüft werden, welcher Strahlung man bei einem Linienlaser in Abstand von 60mm ausgesetzt ist. Es ist jedoch in einer Anmerkung explizit erwähnt, dass der Abstand nicht den "Klassifizierungsbedingungen der üblichen Normen entspricht" und vom Hersteller üblicherweise die 100mm angenommen werden. Das verwirrt nicht ziemlich..

[ekkard]

Bei den "100 mm" handelt es sich um den kleinsten Abstand zum Fokus leicht aufgeweiteter Strahlungsquellen, einfach weil selbst Kinderaugen nicht in der Lage sind, sich darauf zu fokussieren. (Das Bildchen auf dem Augenhintergrund (Retina) wird bei kleinerem Sehabstand nicht mehr schärfer.

Nun ist hier von "Linienlasern" die Rede. Deshalb mein Hinweis auf die Norm DIN EN 60825 Teil 1: Es muss die für das Auge ungünstigste Position betrachtet werden als z. B. Kreuzungs- oder Umkehrpunkte der Strahlung, und das muss keineswegs in 100 mm Abstand sein.

(Mir ist unklar, wie der Ersteller auf 60 mm kommt; übrigens bezogen auf welchen Startpunkt? Die Norm sagt: vom Ort der scheinbaren Quelle, also dem Fokus des Lasers. Das kann im Außenbereich auch 60 mm vom Scanner sein!)

Für eine genauere Auskunft brauche ich nähere Angaben zur Strahlführung und -Erzeugung.

[ulm]

Vielen Dank schon mal für die Antwort, das macht Sinn.

In der Rechenaufgabe geht es um ein Nivelliergerät, in dem ein stark kollimierter grüner Strahl ("532nm, <1mrad Divergenz, 3mm Strahldurchmesser") mit einer Stablinse in eine Richtung zu einer Linie aufgeweitet wird (60° Öffnungswinkel). Die Laserdiode soll eine Leistung von 3mW haben und es soll die Klassifizierung des Geräts in Schutzklasse 2 und 3R mit theoretischer Rechnung geprüft werden. Danach kommt der Teil mit der Gefährdungsbeurteilung für einen direkten Blick in den Strahl aus 60mm Entfernung zur Linse. Am Ende soll das ganze nochmal wiederholt werden, wenn für die Nivellierung ein Kreuz erzeugt wird (zwei Dioden und 2 Stablinsen in 1cm Entfernung).

Für die Klassifizierung des Linienlasers würde ich eben mit den 100mm Abstand zur Linse rechnen und dort die Leistung berechnen, die in eine 7mm Blende fällt. Damit komme ich am Ende bei <1mW raus, was für Klasse 2 spricht. Bedeutet das also, dass man in einem kleineren Abstand als 100mm zwar mehr Leistung in der Blende bzw. Auge hätte, das aber ungefährlicher ist weil diese nicht in einem Fleck gebündelt wird? Das ist interessant, aber dann macht der Teil mit den 60mm für mich keinen Sinn. Ich vermute, der Ersteller hat sich da an einem anderen Beispiel bedient, welches ich hier auf Seite 112 gefunden habe (https://www.cluster-nano.physik.uni-ros ... Regeln.pdf)

Für das Kreuz müsste es dann äquivalent gehen, mit der ungünstigsten Position dort wo sich beide Linien zum Kreuz überlagern. Das passiert zwar schon eher als in 100mm Entfernung, aber für die Klassifizierung würde ich dann dennoch die 100mm verwenden und lande dann bei 2x dem Wert für die einfache Linie.

[ekkard]

In der Rechenaufgabe geht es um ein Nivelliergerät, in dem ein stark kollimierter grüner Strahl ("532nm, <1mrad Divergenz, 3mm Strahldurchmesser") mit einer Stablinse in eine Richtung zu einer Linie aufgeweitet wird (60° Öffnungswinkel). Die Laserdiode soll eine Leistung von 3mW haben und es soll die Klassifizierung des Geräts in Schutzklasse 2 und 3R mit theoretischer Rechnung geprüft werden.

"Stablinse"? - Gemeint ist wohl eine Zylinderlinse? Oder ist das ein runder Glasstab. Dann wäre die Frage nach der Leistungsverteilung relevant (z. B. eine so genannt Kaustik). Jedenfalls ist die maximale Strahldichte zu betrachten, welche die "Stablinse" erzeugt. Dort muss die 7-mm-Blende positioniert werden. Wir haben aber ein kleines Problem: Der Laserfokus liegt meist im Laser also hinter der "Stablinse". Von dort aus sind die 100 mm zu nehmen. Wenn Linse und Laser innerhalb von 10 mm voneinander entfernt zusammen gebaut sind, reicht ein Messabstand von 90 mm von der Stablinse für den ungünstigsten Fall.
Gehen wir mal davon aus, dass bei 1 mrad und 90mm Abstand die Querabmessung des Strahles keine Rolle spielt. Dann ist bei gleichmäßiger Ausleuchtung der 60°-Öffnung ein Strahlungsanteil aus 3 mW zu ermitteln. Die Bogenlänge in 90 mm Abstand und 60°Öffnungswinkel beträgt pi/3 * 90mm = 94 mm. Daraus "übernimmt" die Blende einen Anteil von 7/94 = 7,4% also 0,22 mW. Ist die Strahlungsverteilung cos-förmig, was ich nicht weiß, liegt das Maximum in der Mitte und die Strahldichte ist dort doppelt so groß wie bei gleichförmiger Verteilung, also Sicherheitsfaktor 2. Das macht dann 0,44 mW. Der Grenzwert der Klasse 2 wird eingehalten. Der Grenzwert der Klasse 1 beträgt 0,39mW für unseren Fall. Der Wert kann bei ungleichmäßiger Verteilung der Strahlung überschritten sein.

Danach kommt der Teil mit der Gefährdungsbeurteilung für einen direkten Blick in den Strahl aus 60mm Entfernung zur Linse.

Die Gefahr wird unterhalb des Abstandes besten Sehens (100 - 250 mm) nicht mehr größer. Da die Haut bei der geringen Laserleistung nicht gefährdet ist, reicht die Klassifizierungsberechnung zur Gefährdungsberechnung (des Auges).

Am Ende soll das ganze nochmal wiederholt werden, wenn für die Nivellierung ein Kreuz erzeugt wird (zwei Dioden und 2 Stablinsen in 1cm Entfernung).

Für die Klassifizierung des Linienlasers würde ich eben mit den 100mm Abstand zur Linse rechnen und dort die Leistung berechnen, die in eine 7mm Blende fällt. Damit komme ich am Ende bei <1mW raus, was für Klasse 2 spricht. Bedeutet das also, dass man in einem kleineren Abstand als 100mm zwar mehr Leistung in der Blende bzw. Auge hätte, das aber ungefährlicher ist weil diese nicht in einem Fleck gebündelt wird?

Ja, das ist soweit korrekt. Allerdings kommt hier der Messabstand nicht zur Linse, sondern zum Focus ins Spiel. Also muss der Messabstand zur Linse kleiner sein. Wie klein, hängt vom Aufbau ab (siehe oben 1 cm(?))

Das ist interessant, aber dann macht der Teil mit den 60mm für mich keinen Sinn.

Korrekt! Es sei denn, der Ersteller geht von einem Aufbau aus, bei dem die Laserdiode 40 mm hinter der Linse vor sich hin strahlt(?) Dann ist aber die Berechnung zur Klassifizierung falsch. Wie gesagt: Der Messabstand bezieht sich auf den Fokus des Lasers!

Ich vermute, der Ersteller hat sich da an einem anderen Beispiel bedient, welches ich hier auf Seite 112 gefunden habe (https://www.cluster-nano.physik.uni-ros ... Regeln.pdf)

Da es auf S. 112 der TROS um etwas ganz anderes geht, kann ich die Vermutung nicht nachvollziehen. Aber das spielt auch keine Rolle!

Für das Kreuz müsste es dann äquivalent gehen, mit der ungünstigsten Position dort wo sich beide Linien zum Kreuz überlagern. Das passiert zwar schon eher als in 100mm Entfernung, aber für die Klassifizierung würde ich dann dennoch die 100mm verwenden und lande dann bei 2x dem Wert für die einfache Linie.

Ja mit der Betonung Abstand vom Fokus (Norm: scheinbare Quelle)