Ab wann ist Streulicht gefährlich, wie beurteilt man es

[DerMarkus]

Hallo zusammen,

Super Forum hier, hab hier schon ein wenig gestöbert aber eine Frage brennt mir unter den Fingernägeln, vielleicht könnt Ihr mir weiterhelfen.

Wie bestimme ich, wie gefärlich mein Streulich ist.

Folgende Fragestellung:

Es handelt sich um ein Lasermikroskop.
Ein 35mW Laser in sichtbaren Bereich (405,458, 488, 214, 543 und 633nm) und einem Strahldurchmesser von 2mm trift von Unten senkrecht auf eine Objekttäger. Dort ist der Laserstrahl fokussiert und erzeugt Oberhalb (Auf der anderen Seite) des Objektträger streulicht. Wie genau könnte ich jetzt Bestimmen wie gefährlich dieses ist ?

Mein Ansatz war, das ich die Leistung (35mW) genommen habe und, unter der Annahme das die ganze laserleistung in einem Halbkreis auf der anderen Seite des Objektträgers gestreut wird berechnet wieviel auf die Pupille in 10 cm Abstand (Laut BGV B2 ja der minimale Messabstand für Bestrahlung der Augen)treffen würde.

Rechnungen:

Fläche der Pupille:
A=pi*r² => pi*3,5mm² = 38,48 mm²

Fläche Kugel:
4* Pi* r² => 4*pi*0,1² = 0,12m²
=> geteilt durch 2 da Halbkreis = 0,06m² = 62831,85 mm²

Fakor der schwächung der Leistung des Lasers:

Fläche halbkreis/Fläche Pupille => 62831,85 mm²/38,45mm² => 1634,12

Auf das Auge treffende Laserleistung:
mW der Lasers / Faktor => 35 mW / 1634,12 = 0,0214 mW = 21,42 µW

Jetzt stellt sich mir die Frage wie schädlich 21,42 µW sind oder ob meine Heransgehensweise völliger Humbuk ist und ich doch über die MZB Tabelle geben muss. Nur stellt sich mit die Frage dann, wie ich den C6 Korrekturfaktor für meine Fragestellung bestimme.


Mit freundlichem Gruß,
Markus

[Sheep]

Hallo Markus

Ich denke deine Berechnung kann nicht stimmen.
Die Streustrahlung wird sich nicht gleichmässig in einer Halbkugel verteilen.
Zum einen deshalb weil ein Laserstrahl nicht über den ganzen Querschnitt die gleiche Leistungsverteilung hat (die Energiedichte ist in der Mitte am höchsten und nimmt nach aussen ab).
Und zum anderen wird dein Objektträger das Laserlicht nicht in der Form einer Halbkugel verteilen sondern eher in der Form eines Kegels.

Ich denke es wird schwierig werden das Ganze zu berechnen weil dir einfach zu viele Faktoren fehlen... du weisst ja auch nicht wie viel Leistung dein Objektträger absorbiert.
Zudem wird der Teile der Streustrahlung der in die Optik deines Mikroskops geht von eben dieser Optik auch wieder verändert.
Das Beste währe sicher wenn jemand die Leistung an dem Punkt messen könnte an dem du dein Auge hast.

Gruss Sheep

[DerMarkus]

Super, danke dir für deine Antwort.
Ja das hab ich schon fast befürchtet.

Nehmen wir mal an ich geh mit nem sensor ran und mess dann die Leistung in 10 cm Abstand die auf das Auge treffen würde.

Ab wann wäre der Wert gefärlich ?
Sprich, bis zur welchen Leistung die auf Auge/Haut trifft im sichbaren Licht würde aus S1, S2 werden ?

[Sheep]

Hallo

Schau dir das mal an: http://www.lasersafe.de/lasklas.htm
Der nette Herr dem diese Seite gehört ist übrigens auch Sachverständiger für genau solche fragen.
Evtl. musst du ihn mal kontaktieren. Er ist auch hier im Forum aktiv aber natürlich nicht rund um die Uhr

Gruss Sheep

[regalis]

µW-Bereich/Pupille, Grenze abhängig von Wellenlänge; Gesamtleistung < 0.5 W <--- mW!!

[Sheep]

µW-Bereich/Pupille, Grenze abhängig von Wellenlänge; Gesamtleistung < 0.5 W <--- mW!!

guter Hinweis... ist mir nicht aufgefallen

[regalis]

Zufallsfund

[ekkard]

Nehmen wir mal an ich geh mit nem sensor ran und mess dann die Leistung in 10 cm Abstand die auf das Auge treffen würde.

Ab wann wäre der Wert gefärlich ?
Sprich, bis zur welchen Leistung die auf Auge/Haut trifft im sichbaren Licht würde aus S1, S2 werden ?

Dort gilt die für die betreffende Wellenlänge und die Bestrahlungsdauer geltende "maximal zulässige Bestrahlung" (MZB). Diese findet man im Anhang A der DIN EN 60825, Teil 1 von Mai 2008, Tabelle A.1. Man findet sie auch in den Durchführungsverordnungen der BGV B2. Für nicht-exotische Fälle kann man von 10 W/m² bei Bestrahlungsdauern von 100 s und mehr ausgehen. Unter 10s wird mit der Bestrahlung von 18*t^0,75 J/m² gerechnet (t = Bestrahlungsdauer, Maßzahl in Sekunden). Für Infrarot gibt es je nach Wellenlänge Vergrößerungsfaktoren.

Im sichtbaren Spektralbereich wird mit einer Blende von 7 mm für das Auge gemessen (und gemittelt). Für die Haut wird über eine kleinere Blende gemittelt: 3,5 mm Durchmesser.

[ekkard]

... im übrigen bin ich Betreiber von lasersafe.de. (Leider darf ich keine Normen abkupfern und veröffentlichen. Die Berufsgenossenschaftlichen Vorschriften können hingegen frei herunter geladen werden. Zur Orientierung völlig ausreichend. Ich hoffe, meine Links sind noch aktuell.)

[ekkard]

µW-Bereich/Pupille, Grenze abhängig von Wellenlänge; Gesamtleistung < 0.5 W <--- mW!!

Schönes Beispiel dafür, wie aus dem Zusammenhang gerissene Angaben unsinnig werden. Hier handelt es sich um Angaben zur Laserklasse 1M. Tatsächlich darf auf einer Blende von 7 mm Durchmesser ein Wert nur im µW-Bereich gemessen werden. (Im Sichtbaren oberhalb von 500 nm kommen knapp 0,4 mW dabei heraus.
Die "0,5W" beziehen sich bei Klasse 1M und Klasse 2M Lasern auf die (aufgeweitete) Gesamt-Leistung des Lasers. Und dieser Wert stellt eine zusätzliche Grenze dar. Denn wenn man z. B. mit dem Finger in die Öffnung fasst, bekommt man eine Brandblase, wenn die Leistung höher ist.

[regalis]

Hö?
0,5W klingt ein bisschen viel..0o
Ist 500mW nicht schon Klasse 4?

[Sheep]

Ah jetzt verstehe ich das Ganze
Ein aufgeweiteter Laserstrahl kann eine Gesamtleistung <0,5W haben und trotzdem Klasse 1 oder 2 sein wenn auf einer Fläche mit Durchmesser 7mm weniger als 0,4mW ankommen.
Hab ichs mir doch gedacht... der Ekkard macht keine Fehler

@regalis
<0,5W ist Klasse 3

Gruss Sheep

[ekkard]

Hö?
0,5W klingt ein bisschen viel..0o
Ist 500mW nicht schon Klasse 4?

Ich sagte doch: Die Information ist aus dem Zusammenhang gerissen. Es geht um die Klassen 1M und 2M. Das sind stark aufgeweitete Laser, bei denen das unbewaffnete Auge nicht mehr als knapp 0,4mW aufnehmen kann. A B E R auch die Gesamtleistung darf nicht über alle Grenzen wachsen.

[regalis]

Es tut mir leid, ich bin Anfänger und kenne mich damit nicht aus. Ich dachte nur da hätte sich jemand vertippt.
Sorry..

[ekkard]

<0,5W ist Klasse 3

Nun ja, ein Gefahrenklasse 3 gibt es so nicht. Nur mal so zur Erinnerung ...

Klasse 1: keine Gefahr (Blaulichtbereich beachten. Dort ist die Klassengrenze stark wellenlängenabhängig);
Klasse 1M: Gefahr, wenn optische Instrumente verwendet werden (müssen);
Klasse 2: (nur im Sichtbaren), bedingt gefährlich bei Einwirkung über 0,25s aufs Auge;
Klasse 2M: dito, solange keine optischen Instrumente verwendet werden;
Klasse 3R: (kollimierter Strahl <5mW) bedingt gefährlich für das Auge;
Klasse 3B: alles über Klasse 3R und <0,5W, gefährlich fürs Auge, bedingt gefährlich für die Haut;
Klasse 4: alles was über Klasse 3B liegt (obere Randklasse), gefährlich für Haut und Augen, Brandgefahr.

Einzelheiten der Klassengrenzen regelt die DIN EN 60825 Teil 1. Man beachte den Brennglas-Effekt der Augenmedien. Dieser reicht bis etwa 1400 nm, entfällt außerhalb des Spektralbereichs von 380 bis 1400 nm.

[Sheep]

<0,5W ist Klasse 3

Nun ja, ein Gefahrenklasse 3 gibt es so nicht. Nur mal so zur Erinnerung ...

Stimmt! Ich habe das B vergessen kleiner aber entscheidender Fehler.

[ekkard]

Wie bestimme ich, wie gefärlich mein Streulich ist.
...
Es handelt sich um ein Lasermikroskop.
Ein 35mW Laser in sichtbaren Bereich (405,458, 488, 214, 543 und 633nm) und einem Strahldurchmesser von 2mm trift von Unten senkrecht auf eine Objekttäger. Dort ist der Laserstrahl fokussiert und erzeugt Oberhalb (Auf der anderen Seite) des Objektträger streulicht. Wie genau könnte ich jetzt Bestimmen wie gefährlich dieses ist?

Der geschilderte Ansatz ist leider nicht zutreffend. (Darauf wurde bereits hingewiesen.)

Im Prinzip muss man den schlimmsten Fall ansetzen; der besteht aus dem Strahlengang des Mikroskops ohne Objekt. Die Strahlung (Beleuchtung) wird dabei relativ gleichmäßig auf das Gesichtsfeld verteilt. Man müsste also aus den Mikroskop-Daten das beleuchtete Feld in der Objektebene ermitteln oder grob messen. Es handelt sich um eine leicht defokussierte Abbildung der Lichtquelle (hier der Laser) in die Objektebene durch den Kollimator, wobei der Lichtfleck-Radius gerade so gewählt wird, dass die numerische Apertur des Objektivs nicht allzu sehr überschritten wird, um Licht zu sparen.

Man kann davon ausgehen, dass diese Fläche relativ gleichmäßig auf dem Augenhintergrund abgebildet wird. Wenn ein Objekt eingelegt wird, sieht man halt die dargestellten Kontraste des Objekts. Ohne, sieht man einfach nur das helle Gesichtsfeld.

Man hat also den Fall einer vergrößert dargestellten Flächenquelle. Der Blickwinkel auf diese Quelle ist das Alpha, von dem in der Norm soviel erzählt wird. Dieser Blickwinkel wird vom Mikroskop vorgegeben. Wenn ich mir eine Mikroskopabbildung in Erinnerung rufe, so müsste der in der Größenordnung von 2 cm auf 20 cm Abstand liegen, also bei 0,1 rad oder 100 mrad. D. h. der Grenzwert wird um den Faktor C6 ~ 67 größer. Was ich jetzt nicht weiß, wie groß das Gesichtsfeld wirklich ist. Aber, nehmen wir einmal an, wir sehen tatsächlich ein rundes Feld mit 2 cm Durchmesser. Nehmen wir weiter an, es gehen nur 10% der Leistung durch die Abbildung verloren, dann beobachtet unser Auge (bei Bi-Okularen je die Hälfte) eine Bestrahlungsstärke von 32mW/(1cm²*Pi) ~ 102 W/m² (Einheiten umrechnen! Ich hoffe, mich nicht verrechnet zu haben). Der Grenzwert für längere Beobachtungen beträgt 10 W/m². Diesen Wert dürfen wir noch mit C6 = 67 multiplizieren: MZB ~ 670 W/m². Also ist die Beobachtung ungefährlich, solange man sich nicht im Bereich der Blaulichtschäden <500nm bewegt: 405, 458, 488, "214" ist wohl ein Schreibfehler, weil UV). Die C3-Werte für die genannten Wellenlängen betragen C3(405) = 1; C3(458)=1,17; C3(488)=2,14. Der Grenzwert beträgt jeweils C3 W/cm², also ein Zehntel bis 1/5 dessen, was bei >500 nm zulässig ist. Bei Blaulicht kann also der Grenzwert deutlich überschritten werden.