FR2727767A1 - LASER SYSTEM WITH EYE PROTECTION. - Google Patents
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Abstract
- La présente invention concerne un système à laser sûr pour l'oeil. - Selon l'invention, le système comprend des moyens de détection (11, 19) pour s'assurer si une personne est présente jusqu'à la distance à laquelle un faisceau laser à haute puissance (11) provoquera un endommagement de l'oeil, et des moyens (13) pour actionner le laser à haute puissance (11) seulement si aucune personne n'est présente jusqu'à une telle distance.The present invention relates to a laser system safe for the eye. - According to the invention, the system comprises detection means (11, 19) to ascertain whether a person is present up to the distance at which a high power laser beam (11) will cause damage to the eye , and means (13) for activating the high power laser (11) only if no person is present up to such a distance.
Description
L'invention concerne des systèmes à laser et, en parti-The invention relates to laser systems and, in particular
culier, un procédé pour rendre sûre pour les yeux l'utilisa- a process to make the eyes safe for use
tion d'un système à laser qui est sinon dangereux pour les yeux, cela par un dispositif auxiliaire ou une modification de l'appareillage à laser existant. a laser system which is otherwise dangerous to the eyes by an auxiliary device or a modification of the existing laser apparatus.
Des lasers et des systèmes basés sur des lasers sont utili- Lasers and laser-based systems are used
sés de façon intensive dans de nombreux domaines d'applica- intensively in many fields of application.
tion, incluant la télémétrie, la détection à distance et d'autres. Tous ces systèmes comprennent un émetteur à laser qui émet un faisceau lumineux à intensité relativement élevée qui, généralement, est un danger potentiel pour l'oeil humain. Le problème de la sécurité des yeux dans le fonctionnement de lasers et de systèmes à base de lasers including telemetry, remote sensing and others. All of these systems include a laser transmitter that emits a relatively high intensity light beam that is generally a potential hazard to the human eye. The problem of eye safety in the operation of lasers and laser-based systems
restreint l'utilisation de tels systèmes. restricts the use of such systems.
Il existe une demande croissante pour des lasers sûrs pour les yeux et il s'est révélé plus difficile à appliquer cela dans les domaines industriels et militaires. En dépit du fait que les militaires utilisent une variété d'équipements non sûrs sur le champ de bataille, à l'entraînement, le critère de sécurité est très important et il existe un There is a growing demand for eye-safe lasers and it has proved more difficult to apply this in the industrial and military fields. Despite the fact that the military uses a variety of unsafe equipment on the battlefield, in training, the safety criterion is very important and there is a
besoin pour pouvoir utiliser des équipements pour la ba- need to be able to use equipment to
taille et pour l'entraînement. Concernant un autre exemple, la télémétrie utilisée dans l'ingénierie civile est réalisée à de faibles niveaux d'énergie, pour des raisons de sécurité des yeux, et un rétroréflecteur est utilisé à l'emplacement de la cible. La possibilité d'augmenter le niveau d'énergie size and for training. As another example, telemetry used in civil engineering is performed at low energy levels, for reasons of eye safety, and a retroreflector is used at the location of the target. The possibility of increasing the energy level
de l'émetteur sans compromettre la sécurité des yeux amélio- of the transmitter without compromising the safety of the eyes
rerait de façon significative le rendement de l'appareillage significantly increase the efficiency of the equipment
et son déploiement.and its deployment.
Pour résoudre les problèmes concernant l'utilisation de lasers à haute puissance sans mettre l'oeil en danger, trois To solve the problems concerning the use of high power lasers without putting the eye in danger, three
approches existent aujourd'hui.approaches exist today.
- L'utilisation d'une longueur d'onde d'émission pour laquelle une radiation à intensité relativement élevée peut être utilisée sans endommagement permanent de la rétine. Des longueurs d'onde courantes sont 1,54 y et 10,6 M. Cette solution n'est pas toujours optimale du fait qu'elle diminue le rendement du système et augmente les coûts et, dans certaines applications, il n'est pas possible de la mettre en oeuvre du fait qu'il existe une interdépendance avec des systèmes externes dont les longueurs d'onde ne concordent pas. Le cas des moyens de désignation à laser est un exemple de tels systèmes. Par ailleurs, ces longueurs d'onde peuvent provoquer un endommagement temporaire de la cornée ou de l'humeur vitreuse. - L'utilisation d'atténuateurs temporaires du faisceau laser, à un taux de radiation sûr, dans des situations potentiellement dangereuses. Cette méthode est répandue dans des situations d'entraînement militaire et est accompagnée par une augmentation de la réflectivité de la cible d'entraînement pour compenser l'énergie perdue dans la transmission. L'atténuation du faisceau laser pendant l'entraînement ne constitue pas une vraie reproduction des conditions de combat du fait qu'elle empêche de viser sur des cibles aléatoires avec succès. Elle souffre également - The use of an emission wavelength for which relatively high intensity radiation can be used without permanent damage to the retina. Current wavelengths are 1.54 y and 10.6 M. This solution is not always optimal because it decreases the efficiency of the system and increases the costs and in some applications it is not possible to implement it because there is interdependence with external systems whose wavelengths do not match. The case of laser designation means is an example of such systems. In addition, these wavelengths can cause temporary damage to the cornea or vitreous humor. - The use of temporary laser beam attenuators, at a safe rate of radiation, in potentially dangerous situations. This method is prevalent in military training situations and is accompanied by an increase in the reflectivity of the training target to compensate for energy lost in transmission. The attenuation of the laser beam during training is not a true reproduction of combat conditions because it prevents targeting random targets successfully. She also suffers
d'une complication de la logistique pour fixer un rétro- complication of the logistics to fix a retro-
réflecteur spécial à chaque cible potentielle. special reflector for each potential target.
- Un repère clairement visible de l'équipement potentielle- - a clearly visible mark of potential equipment-
ment dangereux pour que les utilisateurs prennent des précautions externes ou évitent le faisceau laser. Cet équipement obligatoire minimal est une solution présentant un coût très faible concernant le problème de la sécurité, mais elle dépend des opérateurs et est sujette à des accidents. Les solutions qui sont disponibles aujourd'hui pour résoudre le problème de la sécurité des yeux sont ainsi, dans de nombreux cas, seulement des solutions partielles à ce dangerous for users to take external precautions or avoid the laser beam. This minimum mandatory equipment is a very low cost solution to the safety problem, but it is operator dependent and subject to accidents. The solutions that are available today to solve the problem of eye safety are thus, in many cases, only partial solutions to this problem.
problème, sont coûteuses, impraticables ou réduisent signi- problem, are expensive, impractical or reduce
ficativement le rendement du système. fictitiously the efficiency of the system.
C'est un objet de la présente invention de fournir un It is an object of the present invention to provide a
mécanisme de détection et une logique de commande utilisa- detection mechanism and control logic
bles avec des systèmes à laser existants et des équipements basés sur des lasers, qui rendent l'utilisation de ceux-ci existing laser systems and laser-based equipment, which makes the use of these
sûre pour l'oeil humain.safe for the human eye.
La présente invention concerne un système à laser sur pour l'oeil comprenant des moyens de détection pour s'assurer si un être humain est présent jusqu'à la distance à laquelle le faisceau laser provoquera un endommagement de l'oeil, et des moyens pour actionner le laser à haute puissance seulement The present invention relates to a laser system for the eye comprising detection means for ascertaining whether a human being is present up to the distance at which the laser beam will cause damage to the eye, and means for operate the high power laser only
si aucun être humain n'est présent jusqu'à une telle dis- if no human being is present until such
tance. De préférence, il comprend des moyens pour actionner le laser à une sortie de puissance réduite et des moyens de balayage par ledit faisceau pour établir la présence ou tance. Preferably, it comprises means for actuating the laser at a reduced power output and scanning means by said beam to establish the presence or
l'absence d'un être humain dans la zone o la pleine puis- the absence of a human being in the area where the full
sance du laser provoquera un endommagement de l'oeil et, selon les résultats de ce test, des moyens pour actionner le laser à pleine puissance seulement si aucun être humain n'est dans la zone dangereuse. Selon une réalisation, le système de l'invention comprend un sous- système ayant un laser à faible puissance de sortie, des moyens pour utiliser The laser will cause damage to the eye and, depending on the results of this test, means to operate the laser at full power only if no human being is in the danger zone. According to one embodiment, the system of the invention comprises a subsystem having a laser with a low power output, means for using
son faisceau à faible puissance pour s'assurer de la pré- its low power beam to ensure the pre-
sence ou de l'absence d'un être humain dans la zone o un endommagement de l'oeil sera provoqué par le laser à haute puissance, et des moyens pour diriger ledit faisceau à basse puissance dans la direction de la cible à travers le système optique du laser principal ou à travers un système optique séparé. La source de faisceau laser à basse puissance peut être une diode laser, et le laser auxiliaire peut être actionné en mode pulsé ou en mode continu. L'invention concerne de plus un procédé pour protéger les yeux d'un être humain en un certain emplacement contre un endommagement par une radiation laser, qui comprend: effectuer un balayage d'une zone jusqu'à laquelle un laser à the presence or absence of a human being in the area where damage to the eye will be caused by the high-power laser, and means to direct the low-power beam in the direction of the target through the system optics of the main laser or through a separate optical system. The low power laser beam source may be a laser diode, and the auxiliary laser may be operated in pulsed or continuous mode. The invention further relates to a method for protecting the eyes of a human at a certain location from damage by laser radiation, which comprises: scanning a zone to which a laser to
haute puissance est susceptible de provoquer un endommage- high power is likely to cause
ment des yeux dudit être humain, dans cette zone, ledit balayage étant effectué par des moyens de détection de proximité choisis parmi un faisceau laser à basse puissance, des micro-ondes, des ondes millimétriques et des ondes acoustiques et, conformément à la détermination qu'aucun être humain ne se trouve dans cette zone, actionner un laser à haute puissance. De préférence, le laser à haute puissance est actionné à une puissance réduite telle qu'il ne provoque pas un endommagement de l'oeil d'un être humain dans une certaine zone et, après s'être assuré qu'aucun être humain n'est présent dans ladite zone, on actionne ledit laser à haute puissance à pleine puissance. On peut utiliser un sous-système de laser à basse puissance qui est dirigé dans la direction d'une cible à travers le système optique du laser à haute puissance ou à travers un système optique séparé. La source d'énergie à basse puissance peut être une diode laser. Le laser à basse puissance peut être mis en oeuvre en mode pulsé ou en mode continu, ou selon un mode de fonctionnement différent du mode de fonctionnement du laser the eyes of said human being in this area, said scanning being carried out by proximity detection means selected from a low power laser beam, microwaves, millimeter waves and acoustic waves and, in accordance with the determination that 'No human being is in this area, operate a high power laser. Preferably, the high power laser is operated at a reduced power such that it does not cause damage to the eye of a human being in a certain area and, after making sure that no human being is present in said zone, said high power laser is operated at full power. A low power laser subsystem can be used which is directed in the direction of a target through the optical system of the high power laser or through a separate optical system. The power source at low power can be a laser diode. The low power laser can be operated in pulsed mode or in continuous mode, or in a mode of operation different from the operating mode of the laser
à haute puissance.at high power.
L'invention concerne également un procédé de télémétrie à laser dans lequel un balayage est effectué par un laser à basse puissance et dans lequel le laser à haute puissance et les moyens de balayage sont intégrés dans le télémètre à laser. C'est un autre objet de la présente invention de fournir un mécanisme de détection et une logique de commande pour de nouveaux lasers à haute puissance et des appareillages basés The invention also relates to a laser telemetry method in which scanning is performed by a low power laser and wherein the high power laser and the scanning means are integrated into the laser range finder. It is another object of the present invention to provide a detection mechanism and control logic for novel high power lasers and apparatus based on the present invention.
sur des lasers, qui rendent ceux-ci sûrs pour l'oeil humain. on lasers, which make them safe for the human eye.
C'est un autre objet de la présente invention de fournir un substitut pour des émetteurs à laser existants pour des It is another object of the present invention to provide a substitute for existing laser emitters for
applications de télémétrie à courte distance. short range telemetry applications.
Le mécanisme de détection est constitué d'un émetteur à impulsions de lumière à faible intensité, éventuellement une diode à laser, dont le faisceau est combiné optiquement ou aligné optiquement avec le faisceau laser d'une conception existante ou un mode différent de fonctionnement du laser existant. Le mécanisme comprend de plus un récepteur optique The detection mechanism consists of a low intensity light pulse emitter, possibly a laser diode, whose beam is optically combined or optically aligned with the laser beam of an existing design or a different mode of operation of the laser. existing. The mechanism further includes an optical receiver
et des moyens de traitement, qui pourraient être une modifi- and means of treatment, which could be a modification
cation du récepteur existant ou une addition à un tel appareillage. Le nouveau mode de fonctionnement comprend l'initiation d'une impulsion lumineuse à faible intensité, qui précédera l'émission du faisceau laser à haute puissance existant, et l'établissement de la distance d'une personne dans son chemin optique en calculant le retard de l'écho renvoyé de cette personne. Un tel mode de fonctionnement empêche cation of the existing receptor or an addition to such an apparatus. The new mode of operation includes initiating a low intensity light pulse, which will precede the emission of the existing high power laser beam, and establishing the distance of a person in his optical path by calculating the delay. the echo returned from that person. Such a mode of operation prevents
l'émission du faisceau laser à haute puissance si la dis- the emission of the high-power laser beam if the
tance mesurée est au-dessous de la distance sûre pour l'oeil pour un tel faisceau laser. Un tel fonctionnement garantit, en utilisant un faisceau lumineux sur pour l'oeil, qu'il n'existe pas d'objet, en particulier un oeil humain, sur la measured speed is below the safe distance for the eye for such a laser beam. Such an operation ensures, by using a light beam for the eye, that there is no object, in particular a human eye, on the
voie du faisceau laser anticipée d'intensité élevée suscep- advanced laser beam of high intensity
tible d'endommager l'oeil.tible to damage the eye.
Un système de cette invention comprend en plus du laser A system of this invention further comprises the laser
existant une source de lumière pulsée de puissance relative- existing pulsed light source of relative power-
ment basse qui émet son faisceau à travers un des canaux optiques existants, l'optique de transmission à travers sa propre optique collimatée sur la cible du dispositif exis- low beam which emits its beam through one of the existing optical channels, the optical transmission through its own optical collimated on the target of the existing device.
tant. La présente invention fournit également une alimenta- As. The present invention also provides a food
tion de puissance pour alimenter la source d'impulsion power supply to power the pulse source
lumineuse à basse puissance.luminous at low power.
L'invention est illustrée par la figure unique du dessin annexé qui montre un laser usuel combiné à un système The invention is illustrated by the single figure of the accompanying drawing which shows a conventional laser combined with a system
auxiliaire de l'invention.auxiliary of the invention.
Comme montré sur cette figure, le système dans son ensemble comprend un émetteur laser usuel 11 qui est alimenté en puissance par une alimentation 12 et qui est commandé par un processeur et une logique de commande 13, lequel laser émet un faisceau lumineux 14 via un séparateur de faisceau 15 et via une optique de transmission 16, comme faisceau 17 vers As shown in this figure, the system as a whole comprises a conventional laser emitter 11 which is powered by a power supply 12 and which is controlled by a processor and a control logic 13, which laser emits a light beam 14 via a separator beam 15 and via transmission optics 16, as beam 17 to
l'objet (personne).the object (person).
Il est prévu de plus une alimentation de puissance de lumière pulsée 18, reliée au processeur et à la logique de commande 13, qui alimente une source de lumière pulsée 19 qui émet une lumière pulsée 20 via le séparateur de faisceau et la même optique de transmission 16 vers l'objet. La lumière réfléchie par l'objet (personne) passe via une optique 21 vers le récepteur 22 qui est relié au processeur et à la logique de commande 13. L'impulsion lumineuse de détection de la source 19, renvoyée par l'objet (personne) et reçue par le récepteur 22, est évaluée par le processeur et la logique de commande 13, laquelle évaluation permet de There is further provided a pulsed light power supply 18, connected to the processor and the control logic 13, which supplies a pulsed light source 19 which emits pulsed light 20 via the beam splitter and the same transmission optics. 16 towards the object. The light reflected by the object (person) passes via an optical 21 to the receiver 22 which is connected to the processor and the control logic 13. The light pulse detection of the source 19, returned by the object (nobody ) and received by the receiver 22, is evaluated by the processor and the control logic 13, which evaluation makes it possible to
décider si l'émetteur laser 11 doit être actionné. decide whether the laser transmitter 11 should be actuated.
Avant la mise en route de l'émetteur laser existant 11 par la logique de commande 13, cette logique de commande 13 initie un signal de déclenchement 24 vers l'alimentation de puissance de lumière pulsée 18 qui alimente la source de Prior to the start of the existing laser transmitter 11 by the control logic 13, this control logic 13 initiates a trigger signal 24 to the pulsed light power supply 18 which supplies the source of power.
lumière pulsée 19 pour émettre une courte lumière pulsée 20. pulsed light 19 for emitting a short pulsed light 20.
Ce faisceau, par l'intermédiaire du multiplexeur optique 15, sera transmis à travers l'optique de transmission 16 de l'émetteur principal 11 et atteindra le même objet que celui visé par le système à laser. Tout objet, en particulier une personne, sur cette voie renverra un écho lumineux 23 qui, après avoir traversé l'optique de réception 21, sera détecté This beam, via the optical multiplexer 15, will be transmitted through the transmission optics 16 of the main transmitter 11 and will reach the same object as that targeted by the laser system. Any object, in particular a person, on this path will return a light echo 23 which, after passing through the reception optics 21, will be detected
par le récepteur 22. Pour certaines applications, le récep- 22. For some applications, the receiver
teur 22 sera modifié pour agir à de courtes distances, jusqu'à une distance nulle. Le récepteur 22 envoie un signal à la logique de commande 13 qui utilise le retard entre l'arrivée de l'écho et l'initiation de l'impulsion lumineuse pour établir sa distance. L'unité 13 compare la distance de l'objet, déduite de ce retard, à la distance sûre pour 22 will be modified to act at short distances to zero distance. The receiver 22 sends a signal to the control logic 13 which uses the delay between the arrival of the echo and the initiation of the light pulse to establish its distance. The unit 13 compares the distance of the object, deduced from this delay, to the safe distance for
l'oeil requise par le standard, et déclenchera le fonction- the eye required by the standard, and will trigger the function
nement de l'émetteur laser 11 seulement si la distance de la personne est plus grande que la distance sûre pour l'oeil 11 only if the person's distance is greater than the safe distance to the eye
pour le laser principal.for the main laser.
Dans certaines applications, l'utilisation de l'algorithme décrit cidessus manquera, du fait que l'énergie requise pour détecter et mesurer la distance à des objets à la In some applications, the use of the algorithm described above will be lacking, because the energy required to detect and measure the distance to objects at the
distance minimale sûre pour l'oeil de la conception exis- safe minimum distance for the eye of the existing design
tante, nécessitera l'utilisation d'une source de lumière pulsée 19 qui, en elle-même, n'est pas sûre pour l'oeil à aunt, will require the use of a pulsed light source 19 which, in itself, is not safe for the eye to
une distance nulle de l'optique de transmission 16. a zero distance from the transmission optics 16.
Pour de tels systèmes, l'algorithme peut être développé de sorte que la source de lumière pulsée peut être émise et traitée en un certain nombre d'étapes consécutives. Chaque étape sera comme dans l'algorithme précédemment décrit, mais l'intensité de la lumière pulsée sera progressivement augmentée à chaque impulsion. La première impulsion sera absolument sûre pour l'oeil jusqu'à la distance nulle. Si le résultat de la première impulsion montre qu'il n'y a aucune personne dans le chemin optique jusqu'à une distance L1, alors une seconde impulsion plus forte sera émise pour vérifier qu'il n'y a aucune personne jusqu'à une distance L2, avec L1 < L2. La seconde impulsion peut être plus puissante, du fait que ses exigences pour la sécurité des yeux doivent être seulement satisfaites jusqu'à L1. Cela For such systems, the algorithm can be developed so that the pulsed light source can be emitted and processed in a number of consecutive steps. Each step will be as in the previously described algorithm, but the intensity of the pulsed light will be gradually increased at each pulse. The first impulse will be absolutely safe for the eye until the zero distance. If the result of the first pulse shows that there is no person in the optical path to a distance L1, then a second stronger pulse will be emitted to verify that there is no one up to a distance L2, with L1 <L2. The second impulse can be more powerful, since its requirements for eye safety must only be met up to L1. it
peut être répété un certain nombre de fois avec une puis- can be repeated a number of times with a
sance accrue d'impulsion en impulsion jusqu'à ce que des increased pulse momentum until
conditions totalement sûres pour les yeux soient vérifiées. totally safe conditions for the eyes to be checked.
Comme exemple, l'utilisation d'une diode laser pulsée de 10 As an example, the use of a pulsed laser diode of 10
à 20 W, comme source de lumière pulsée 19, permet de détec- at 20 W, as a source of pulsed light 19, makes it possible to detect
ter des objets jusqu'à 100 mètres, est sûre pour les yeux à objects up to 100 meters, is safe for the eyes to
une distance nulle et vérifiera la sécurité pour des émet- zero distance and will check the security for transmissions
teurs lasers pulsés à 1,06 p d'environ 10 mJ par impulsion. pulsed lasers at 1.06 p of about 10 mJ per pulse.
Un tel émetteur 10 mJ est sûr pour les yeux au-dessus de 100 mètres et peut servir dans des télémètres pour une portée Such a 10 mJ transmitter is safe for the eyes above 100 meters and can be used in rangefinders for a range
d'au maximum 10 km.up to 10 km.
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