CN103688157A - 光学危险回避装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种提供了标称危险的源，如第一激光器，该标称危险在所述源的给定范围内可导致视觉损伤，该源由诸如第二激光器的光学危险回避装置所减轻，该光学危险回避装置在一个或多个危险区域内刺激自发的，无意识的，或自发和无意识二者的反应，所述反应为生理的或行为的或生理和行为二者的，例如通过诱导观察者的目光转移来进行刺激。所述光学危险回避装置可包括一个或多个用于中断所述源发射的互锁装置或其他装置。例如，可见激光束诱导目光转移，瞳孔收缩或目光转移和瞳孔收缩的组合，减少了眼部组织的剂量率或主源的有害辐射的曝光，其可与运动传感器或人脸检测装置结合。在一个实例中，主源为紫外线拉曼检测器并且所述可见激光束被选择以诱导目光转移。

Description

光学危险回避装置和方法

技术领域

该领域涉及通过对诸如激光光束的光学危险的曝光来用于阻止或减轻对角膜和视网膜的光学损伤的装置。

背景技术

ANSI Z136.1-2007披露了用于阻止和减轻激光对视觉造成的危险的已知和公认的方法。人类和动物的角膜和视网膜尤其易受具有带有可见和不可见波长的频率的激光光源的损害。在某些情况中，不可见的激光束比可见范围的激光束更危险，人或动物看不到光束并且无法知道做出反应以回避伤害。如果人不转移眼睛或眨眼，足够强度的可见光束仍然可以造成损害，但是如果人盯着光束而不知道其存在的话，人会在更长时间内遭受到暴露在造成损害的不可见光束下。

在实践中，工程和安全控制预防了光学危险的操作或阻止光学危险在封闭区域以外或在危险范围以内造成损害。甚至高度相干的激光束随着距离而发散和衰减。具有更大发散度的光束随着与源的距离而衰减地更加迅速。因此，在某些情况下，光学危险可被限制在相对较短的范围内，超越该范围，即使长时间的曝光也不会造成持久损害。

当潜在危险条件的使用可能由某些类型的光学危险造成时，管理和程序控制是通常采用的良好做法。例如当工程和安全控制失效时，或当工程和安全控制不切实际时，如在用于瞄准，检测、距离测量、通信、制造如环氧树脂的固化和其他工业过程等的激光的现场使用中，这些做法可减轻曝光。这些可包括特殊眼镜，薄膜和过滤器的使用以及用于在使用光学危险源之前清除光线运行方向范围区域的人员的过程。

美国专利号7500763；7180426以及6190022使用包括具有或不具有测距仪的激光和/或LED的光源，以使个人在激光和/或LED的范围内无能为力。这些系统具有测距仪或采取其他预防措施来避免将超过可造成永久性伤害的允许曝光阈值的阈值曝光。虽然这些装置仅仅旨在暂时地使人失去方向感和使无能为力，但这些潜在危险的光学装置的使用被进行控制和限制，并且由于这种装置可导致暂时或永久性眼部损伤的可能性，这超出了仅仅暂时的使人失去方向感和无能为力的预期效果，因此其可能不被允许。测距仪等在检测处于危险地带内的人类和动物方面并不是100%有效的，并且这种装置的许可使用可被限制在受制于非常温和影响的装置中，如闪光灯等等的光。

美国专利申请11/215,777披露了一种目的在于使用用于感测手位置的传感器和用于基于该位置控制激光的操作的控制器来防止激光对眼部造成损伤的系统。其具有以下优点：如果手的位置不处于安全位置，则能够阻止激光操作，但它具有被限于已知用户的缺点。所述系统不能跟踪可能误入到光学危险区域的未知人类和动物的位置。

美国专利号6270467披露了一种用于使用一种提醒特定电脑用户定期地眨眼以预防眼睛过度干燥的方法，从而预防电脑视觉综合症（CVS）的系统、装置和方法。

美国专利号7695141披露了一种在检查中使用投射到眼底的视网膜的刺激光源从而以局部的方式刺激视网膜以从视网膜产生生物电信号的系统，这保证了可靠的局部视网膜电流图。该装置仅限于特定病人的测试并且不能导致病人或其他人的回避反应。

美国专利号4299464披露了一种用于利用光源来刺激光学反应以在闪光摄影中减少或阻止“红眼”的方法和装置。美国专利号4285588披露了一种用于在闪光摄影中利用预闪光使受试者在快门打开和第二次闪光之前眨眼从而减少闭眼的发生率的方法和装置。虽然这种披露教导了自愿反应的刺激，但是预闪光导致眼睛曝光于闪光而不是回避了闪光。

没有一种用于阻止或减轻光学危险的损害的已知方法使用由第二激光器或其它光学危险回避装置所诱导的被刺激的生理反应以在第一激光器的危险区域内避免或减轻光学损害。

发明内容

一种光学危险回避装置促进了人或动物（“观察者”）的生理反应，其减轻了观察者对特定光学危险的视觉曝光，该特定光学危险否则可能导致暂时或永久性的视觉损害，如角膜和视网膜损伤。所述装置刺激无意识的和/或自发的回避反应。

在一个实施例中，诸如第一激光器的光源（该光源在与该光源相距的给定范围内可导致视觉损害）伴随有光学危险回避装置（例如第二激光器），该第二激光器在一个或多个危险区域内刺激自发的，无意识的，或自发和无意识的反应，该反应为生理的或行为的或生理和行为的，如通过诱导观察者的目光转移来进行刺激。生理反应为单一受试者常常无意识的反射，其减轻或避免损害，如眨眼、躲闪、瞳孔收缩，闭眼，转移目光，闪避等。行为反应是通过改变单个或组行为而限制与潜在危险的曝光从而减轻或避免损害的单个或组反应，如通过移动更远，眼睛防护，看远处而不回头看，人群分散等。

在一个实施例中，光学危险源（如不可见的强光源）与包括如发光二极管和/或激光光源的可见光源的光学危险回避装置相结合。例如，可见LED光源和可见激光光源可被结合在光学危险回避装置中。所述LED光源可在与光学危险源的短距离内刺激生理或行为反应。所述可见激光光源可在更长的范围内刺激生理反应，例如，远到所述光学危险源的至少危险区域。在一个实施例中，可见LED光源在与所述光学危险源零到十米远内导致回避反应，而可见激光光源在更大距离内导致转移目光或眨眼反应。在一种方法中，所述LED光源被操作以在光学危险源的短范围内警告任何人或动物以保护眼睛或转移注视或表现其他的生理或行为反应，并且可见激光光源在操作光学危险源之前的短时间开始，这样在危险区域内的任何观察者在光学危险源对光线运行范围下的目标或其他物体进行照射之前或者照射期间进行眨眼或转移观察者的眼睛，该光学危险源例如为在检测系统中使用的激光测距仪或激光器。如果必要的话，对于受脉冲作用的光学危险源的每个脉冲可以进行重复。对于光学危险源的连续操作，所述光学危险回避装置可连续地或在脉冲模式下操作，在危险区域内刺激快速眨眼和/或转移任何观察者的注视范围。所述光学危险回避装置至少使观察者注意到光学危险，如果包括光源的光学危险不可见的话，其将不会很明显，例如红外线，紫外线或微波范围内的激光器操作。

所述光学危险回避装置可为刺激自发或无意识的反应而不使受试者曝露在危险级别的光线下的系统。所述系统可包括其他组件，如多个光源，测距仪和锁定装置，从而例如如果人或动物位于距离所述光学危险回避装置的范围内，则避免使用该装置，或锁定所述光学危险源直到人或动物移动远离所述光学危险。

在一个实施例中，一种光学危险回避装置（“OHAD”）在可见光的强烈脉冲中闪烁，这导致OHAD的观察者不自觉地眨眼。所述脉冲在从光学危险曝光的整个持续时间内可重复或可延伸，如激光束。将OHAD与高功率激光光源相结合的使用方法可允许将被允许的更高功率光束。所述高功率激光光源可超过所述激光束的持续时间和强度的安全阈值，这是因为在光线运行范围内的任何人将通过在高功率激光光源操作的整个时间内被刺激回避反应的OHAD进行保护。

在替代实施例中，额外的或其他类型的能量可从所述OHAD发出，如声波或热能。例如，定向声音放大器可导致突然的噪音被沿着光学危险源的光线运行范围进行导向，以刺激退缩、躲闪或其他回避反应。此外，微波可导致裸露皮肤上的烧灼感，这可刺激生理或行为的回避反应。在一个实施例中，这些能量和光的结合用于刺激回避反应。

ANSI Z136.1-2007将眨眼反射定义为由于被外部事件（例如明亮闪光等等）所刺激的无意识的闭眼”，其在此被采用作为眨眼反射的定义。ANSIZ136.1-2007中，“对于光的明亮闪光的视觉转移反应被假定为将特定视网膜面积的曝光限制到0.25秒或更少”，因为该标准假定光学危险和光的明亮闪光是由同一光源造成的。因此，会无意识地刺激眨眼反射的光的明亮闪光沿其路径被仅限制到这样一个阈值强度等级，该阈值强度等级不大于在0.25秒或更长时间内将导致视觉损害的等级。使用光学危险回避装置的光学危险回避方法可允许激光光源的强度大于标准中所允许的，因为该方法使用该装置以在激光光源的操作之前刺激眨眼反射（以及潜在的一个或多个额外的生理反应）直到0.25秒。在一个实施例中，激光光源是短持续时间的脉冲激光，以防止由于通过在光学危险回避方法中使用光学危险回避装置而刺激的无意识的眨眼反应而在光线运行范围内的人的任何曝光。在一个实施例中，所述光学危险回避装置为在危险的激光光源操作之前开始0.25秒的闪光，并且所述装置的闪光的脉冲持续进行，直到危险的激光光源脉冲完成。这样，所述光学危险回避装置通过在光线运行范围内的任何人的单次眨眼反射而阻止了对脉冲的危险光源的查看。在另一种方法中，所述光学危险回避装置为在危险激光光源的操作过程中间歇性闪光的快速脉冲的光源，通过诱导重复的，无意识的眨眼反射和转移反应减少了在光线运行范围内的人的曝光。

附图说明

图1示出了一种包括光学危险回避装置的系统的实施例。

图2示出了用于次级眨眼反应的OHAD计时的一个实施例的图表。

图3示出了用于次级眨眼反应的OHAD计时的另一个实施例的图表。

图4示意性地示出了一种包括OHAD的系统的实施例，如检测器。

图5示出了叠加在主光学危险源的第一光源的强度图上的OHAD的第二光源的强度图。

图6示意性地示出了包括OHAD的检测器的一个实施例。

图7示意性地示出了包括OHAD的检测器的另一实施例。

图8-8C示意性地示出了图6的实施例以及在A’，B’和C’的光束宽度强度的实施例。

图9（A）-（D）示出了在叠加在示出（D）圆3"和4"的目标上的（A）0米；（B）10米和（C）30米的OHAD的可见光束的光束强度和宽度的实施例。

图10示出了转移光学曝光强度随着由ANSI Z136.6标准定义的特定级别的单位为米的距离（范围）而变化的实施例。

图11示出了通过参考ANSI Zl36.1和136.6（2007）灵敏级别选定的OHAD范围。

图12示出了通过参考ANSI Z136.6临界级别选定的OHAD范围的另一实施例。

图13示出了OHAD的一个实施例的阴影立体图。

图14示出了图13的OHAD实施例的侧平面视图。

图15示出了图13的OHAD实施例的另一立体图。

图16示出了对于带有和不带有OHAD诱导目光转移反应的脉冲激光的每脉冲最大允许曝光量的图表的实施例。

图17示出了对于带有和不带有OHAD诱导目光转移反应的脉冲激光的每脉冲最大允许曝光量的图表的实施例。

图18描述了主危险强度随时间变化的图表叠加在用于诱导瞳孔收缩的OHAD的实施例的瞳孔直径随时间变化的图表的实施例。

图19示出了用于使用带有主光学危险的OHAD的方法的比较。

图20示出了用于使用带有主光学危险的OHAD的方法的比较。

具体实施方式

图1示出了一种包括光学危险回避装置（OHAD）的系统的实施例。该系统包括电源12，其向控制OHAD的组件操作的控制器10提供或引导功率，该组件包括如扬声器，发光二极管、微波或其他辐射源的激光器40和阵列50。潜在的光学危险源30由例如激光器的装置所表示。光学危险源可由例如用于在该领域中使用的平衡检测器的OHAD所减轻，并且可对于其他的光学危险源是有用的，如在工业过程中使用的能源，如其他光学危险和可能是有用的，比如固化环氧、通信、目标识别等工业过程中使用的能源。第一激光器40和第二激光器30发射辐射光束41，其可为可见光或不在可见光谱内的辐射，此处可被称为光，即使辐射在非可见的光谱内，如红外线或紫外线。光学器件20能沿与第二光束31相同的路径叠加第一光束41，这样所述OHAD激光器40遵循相同路径并被反射、折射、或者类似于第一光束31进行散射。阵列50被布置为围绕第二光束31的同心环，其穿过阵列50中的孔52，并且阵列50提供了比第二光束31更高度发散的辐射51。阵列50的辐射51在与阵列50相距第一距离50处进行收敛。在一个实施例中，阵列50具有的光强对于眼部是安全的但能从第一距离A到第二距离B刺激回避反应。

在一个实施例中，根据标准ANSI Zl36.1-2007，例如，该标准为在美国的激光器的眼部安全适用标准，OHAD的第一激光器40至少在第二距离B或更近处至到第三距离C是眼部安全的并能刺激回避反应，如眨眼反射，超出该距离，则潜在光学危险30的光束31被充分地削弱，直到变为眼部安全。

图2示出了用于控制例如如在使用控制器10的OHAD中的激光器的光源的计时的一个实施例。纵坐标（x轴）为时间且横坐标（y坐标）示出了图2和图3的比较计时。在图2中，所述控制器10在第一时间D激活所述OHAD，在激活例如激光的光学危险源之前，该OHAD在第二时间E来刺激眨眼反射，并在对于潜在危险辐射源的每个脉冲在第三时间F来刺激眨眼反射。

图3示出了OHAD计时的另一实施例。在该实施例中，控制器10重复地使一个或多个OHAD源闪光，在潜在危险辐射源（例如激光（LASER））的连续操作期间重复地刺激眨眼反应（Blink），这导致更为减少的曝光（Exposure）。此外，重复的闪光可导致回避反应（Avoidance），其导致任何被OHAD照射的人从潜在危险辐射源的方向转移了目光，从而在时间G的某个点进一步完全地减少了曝光。

危险区域包含相对于人的视野的有限区域，体积或方向。当辐射被引导朝向人或动物时，辐射可在区域内直接或间接地导致危险。例如，间接曝光可由辐射的散射、反射或折射所引起。假如波长与危险源并不是太不相同，则遵循危险辐射源的光束31的OHAD具有类似于危险光束31的被散射、反射或折射的优势；然而，OHAD的光束41，51不需要与危险辐射源的光束31共线以在危险区域内刺激回避反应。例如，阵列50可提供光源，该光源通过使多个发光二极管（LED）在阵列内同时或在不同时间内闪光来刺激眨眼反应或多个眨眼反应的重复。在一个实施例中，一组LED的闪光与下一组LED的闪光重叠，这样闪光导致眨眼反应非常迅速地一个接一个发生，致使在特定危险区域内的任何人转移人的目光，完全地远离潜在危险。可在脉冲内产生声音和热或同样使用阵列50连续地刺激转移反应。

此外，控制器10可调节潜在危险辐射源或OHAD组件的功率，波长，发散度或其他光学特性，以在潜在危险辐射源产生危险区域的时间之前和期间在危险区域内刺激回避反应。例如，转移反应可包括眨眼反射、瞳孔反应，调节反射，扫视或其他无意识的反应的其中一个或其组合。优选地，转移反应会导致处于危险区域内的人将该人的目光转移远离任何潜在危险。可选地，OHAD可以通过改变眼睛对视觉损害的敏感性来限制曝光或损伤。

通过对利用了OHAD而使用的光学危险回避方法，在标称危险区域内超过最大允许曝光量的任何辐射可被完全地减轻或回避，即使在标称危险区域内的人否则将从在人的视野内的视线曝光遭受视觉损害。根据标准，眨眼反射在OHAD刺激眨眼反射后不晚于0.25秒发生；因此，例如，在图2中在激活OHAD D和眨眼反射E之间的时间可为0.25秒或更长。在图2中，所述危险辐射源的脉冲长度小于眨眼长度，其在危险区内保护任何人免受视觉损害。例如，危险源可为波长为约1064纳米的Nd：YAG激光，并且OHAD可包括在危险源30的光束31的路径中使用谐波型晶体44产生的波长532纳米的可见光的激光束，如图1示意性地示出。在该实施例中，与控制器10和谐波型晶体44结合的单个激光器30可提供用于刺激OHAD的回避反应和潜在危险辐射的光。同样，相同的Nd：YAG激光可用于产生532纳米的光束并且晶体可用来在控制器10的控制下产生波长为266纳米的潜在危险光束。

在一个实施例中，平衡拉曼光谱系统与能够引起目光转移的OHAD连接。例如，在美国专利号8125627中披露了TEPS系统，其说明书全文被并入本文用于披露TEPS系统。可选地，例如紫外线-拉曼，LIBS，红外线和其他辐射源可在需要由OHAD提供的危险减轻的系统中使用。图4示意性地示出了来自一个源的第一光源，例如与OHAD结合的第二光源的检测器。例如，所述OHAD发出能导致目光转移的可见光谱的激光束。图中示出了光学组合器，但其他光学结构可用来组合两个光源，只要OHAD光束宽度被选定以在至少与代表了光学危险的所述光学危险的光束宽度部分一样宽的宽度内导致目光转移。图4的实施例为示意性的，并且OHAD可包括额外的光学元件或光学元件的替代结构。例如，图5示出了第一光源和第二光源的强度，其示出了第二光源光束宽度比第一光束宽度更宽。在一个实施例中，在大于超过第一光源的最大允许曝光量的第一光源的部分的宽度B的宽度A上，第二光源的强度大于刺激生理反应所需的最低辐射能级。例如，第二光源的强度可在特定范围内大于临界反应阈值。所述特定范围可包括第一光源是危险的所有范围或者可仅包括第一光源是危险的范围的一部分。在一个实施例中，所述特定范围将与第一光源相关的光学危险限制到非常接近第一光源的范围，其限制了发射第一光源所需的禁区。

例如，图6示出了所述第一光源为具有第一光学危险范围C的发散光束以及第二光源为更宽的发散光束的实施例，该更宽的发散光束一直产生生理反应直到大于光学危险范围C的范围D并且该更宽的发散光束包括该范围D。与图6相比，图7示出了具有导致中间光学危险范围E的焦点光线运行范围的光学危险。例如，生理反应D的范围大于、跨越并包括所述中间光学危险范围E。或者，整个标称危险范围的仅仅一部分被由OHAD所刺激的生理反应的范围所覆盖。在该替代实施例中，与标称危险相关的风险可能仍被大幅地减轻。或者，当第一光源活跃时，所述生理反应可在光学危险存在的整个范围内足够完全地阻止视觉损害。另外，即使生理反应被启动，所述生理反应可能在整个危险范围内不完全地阻止视觉损害。相反，所述生理反应可减轻视觉损害的程度或仅当与如禁区的其他技术结合时，可能完全地阻止视觉损害。例如，所述生理反应可减轻导致这种损害为暂时的而不是永久性的损害。

图8-8C示出了光束宽度和范围如何都与OHAD应用相关。图8示出了两个发散源。图8A示出了在A’处的光束宽度和强度。图8B示出了在B’处的光束宽度和强度。图8C示出了在C’处的光束宽度和强度。在C’处，第二源的强度小于在该点处生理回避反应会被刺激的强度，但第一源的光束强度正好处于曝光的设计持续时间的安全级别内。在B’处，第一源处于冒着某种类型视觉损害风险的强度；然而，第二源具有导致光学危险回避反应的强度和光束宽度，具体地，例如目光转移的生理回避反应。第二光束的强度不超过如ANSI136.1（2007）中所定义的其最大允许曝光量（MPE），并且回避反应能限制观察者与第一源的曝光，这样，观察者不曝光第一源的最大允许曝光量，即使观察者将处于视觉损伤的危险。在A’处，第一源的MPE将被超越，除了由第二源引起的回避反应，并且第二源的强度仍保持在安全范围内，少于第二光束的MPE。例如，图9A-C描述了发出具有如图片所示宽度的亮光的OHAD，其被示出为延伸超越4英寸的圆（每英寸即2.54厘米）。第一源的光并未呈现超过在这些范围A’，B’和C’上的4英寸圆的视觉危险。

图10示出了转移光束强度随着单位为米的距离（即，范围）而变化的图表实施例，其用做使用40毫瓦连续激光作为转移光束源的检测器转移系统的一个实施例。据信，目光转移在图10所示的实施例中在达到B”的范围被刺激；然而，可选择达到A”的范围，从而用于在操作中确保目光转移反应将减轻或消除主光学危险的损害的标称风险。在一个实施例中，所述主光学危险与OHAD集成在一起，这样在主光学危险源的光线范围下，所述主光学危险不具有带有收敛的聚焦光束宽度的光束。例如，所述OHAD可具有涵盖光学危险光束的发散主宽度的整个宽度的发散光束，直到带有一定光线运行距离范围下的发散光学危险的强度下降低于ANSI标准中限定的标称危险区域的阈值级别。图11示出了ANSI Z136.6灵敏级别叠加在图表上的另一个实施例，其示出了对于由所述转移系统导致的转移反应的单位为米的范围。图12示出了当通过如双筒望远镜的7倍光学辅助器观察时，使用3毫瓦激光输出功率并叠加转移光束的最大允许曝光量的另一个实施例。通过实施即使通过7倍光学辅助器观察也是安全的OHAD，ANSI Z136.6灵敏级别从未达到。相反，系统使用了ANSI Z136.6临界级别来用于确定转移反应的有效范围。此处，OHAD的“有效范围”是指与所需反应相关的范围。除非另有表示，ANSI Z136.6临界级别被假定为OHAD的有效范围。图13示出了激光的实施例，该激光用于产生被安装在包括两个对准镜、光束扩展器和100毫米的光束准直仪（其光束用阴影实体表示）的光学结构内的转移光束。图14示出了图13所示实施例的侧视图。所述激光器145朝向第一对准镜143进行导向，该第一对准镜将光束140朝第二对准镜141导向。第二对准镜141将光束140重新定向到光束扩展器147，其延伸了光束的宽度。光束准直仪149对光束140进行校准，其可在光束的范围内继续发散但不到在光束扩展器和光束准直仪之间的程度。光束140然后在范围内继续并提供转移反应，例如目光转移。图15示出了图14所示实施例的立体图。

例如，图16和图17示出了对于光学危险源的带有目光转移（实线）和不带有目光转移（虚线）的视觉安全的最大允许曝光量的实施例，所述光学危险源包括具有利用持续时间20纳秒（图16）的每秒500脉冲的约248纳米的波长的激光或利用持续时间10纳秒（图17）的每秒5000脉冲的1064纳米波长的激光，其中术语“大约”认可光束不是精确的248纳米，但其特征在于对于这种激光源的普通规格中为约248纳米的激光。同样，该说明书中的其他波长应被认为是由“大约”修改而来，而无论其是否在详细说明书中示出。在这两个实施例中，与不使用被结合为视觉安全装置的目光转移源的限制相比，眼部安全的每个脉冲的最大允许曝光量被提高到令人惊讶的和意想不到的程度。在紫外线源的实施例中，在图16中，每个脉冲的允许曝光增加了一个以上的数量级，允许在装置中使用更强大的光束，如激光测距仪或检测器。

例如，据信，而不以任何方式限制，能用紫外线拉曼跟踪化学检测器实施OHAD的一个实施例。在该实施例中，OHAD的使用将在ANSIZ136.1（NHZ）中所确定的标称危险区域从使得在任何人口密集区域使用检测器不切实际的170英亩限制到了完全可控的仅仅三分之一英亩。在这个实施例中，利用了248纳米波长的紫外线拉曼光谱检测器，其具有15厘米孔、2毫焦脉冲功率、以及用于从距离1平方厘米光点相距40米远向目标询问60秒的300赫兹的重复率。在这个实施例中，紫外线拉曼光谱检测器对于在没有OHAD的人口稠密区域的视觉安全完全不切实际并且当利用OHAD时变得完全实用，使深紫外线拉曼可用作人口密集区域的检测器。例如，该令人惊讶的和意想不到的结果将诱导无意识的目光转移反应的比较低功率的可见激光用于从材料中诱导可检测的非弹性散射光紫外线拉曼源协同地结合。在一个实施例中，运动传感器与OHAD和检测器耦合以阻止一种或两种源的排放，例如，如果检测到运动具有NHZ。所述OHAD将NHZ降低到能够被运动传感器监测的可控区域。利用运动传感器和OHAD的组合，不存在标称光学危险。即使运动传感器被用在没有OHAD的紫外线拉曼系统中，光学危险源可在可与紫外线拉曼系统一起使用的实际运动传感器的范围之外存在。

可选地，即使标称风险存在，可能也不会发生眼部损伤。然而，有用的检测器系统则不满足使用的安全标准。标准中的标称风险计算包括安全因素，并且MPE（标称光学危险）的曝光可能实际上不会导致眼部损伤。不过，包括超过MPE的光源的装置会被判断以提高标称光学危险；因此，这种装置将不会被批准使用。相比之下，通过组合一个或多个OHAD，可通过回避标称光学危险而被批准使用所述装置。

转移反应的一个实施例是瞳孔收缩。瞳孔收缩反应是对明亮光源曝光的比较慢，无意识的反应，具有100-300毫秒的典型潜伏期。在一个实施例中，次级源被选择具有一定的波长和强度，这样开始瞳孔收缩。通过带有以秒为单位的可见主源持续时间的瞳孔收缩，表1提供了标称视网膜危险减轻的实施例的值。例如，瞳孔收缩可在主光学危险的启动之前被启动，这样瞳孔收缩反应在主光学危险的启动之前被启动，比如在100毫秒，优选地在200毫秒，甚至更优选地在250毫秒或300毫秒，这样视网膜对脉冲或连续的主光学危险的曝光不超过标称光学危险。例如，用于启动瞳孔收缩反应的次级源被限制到可见光波长，其也落入将使视网膜损伤的波长的范围。因此，这种OHAD只适用保护免受如激光的危险光源，包括在可见（400-700纳米）或近红外（700-1400纳米）内的波长。在可能不管瞳孔大小而导致角膜损伤的紫外线（少于400纳米）或远红外（大于1400纳米）内，利用瞳孔收缩反应以及没有其他光学危险回避反应的OHAD不会为主光学危险源提供任何好处。对于瞳孔来说可能需要多达约2秒以完全地收缩，尽管在0.5秒内可能发生显著的瞳孔收缩，甚至对于黑暗适应的眼睛。例如，在图18的图表中描述了利用瞳孔收缩反应的OHAD策略，多个主激光脉冲被计时以与由OHAD可见光源诱导的瞳孔收缩反应配合。在一个实施例中，可见光OHAD与近红外主激光结合。正如经常在计算视觉危险中那样，比如在ANSI Z136.1中，观察者被假设具有适应黑暗的具有7毫米标称瞳孔直径的瞳孔。在这个实施例中，假定没有目光转移被刺激。

例如，如图19所示，可见光OHAD在近红外线主源的触发之前0.5秒（实线）被触发，导致观察者的瞳孔在主源的触发之前收缩。因此，视网膜剂量率也大大减少了。如果与主源（虚线）同时发射，OHAD仍提供与无OHAD（虚线）相比减少的剂量率，但在第一个0.5秒内的剂量率相比增加了。

相比之下，具有可见光主源的可见光OHAD在图20的实施例被中示出。在图20中，假设OHAD对整个视网膜剂量率具有微不足道的影响（即，与导致光学危险的主源相比的低功率），并不诱导目光转移回应，那么在主源之前通过激活OHAD获得了唯一益处，其仅对于瞳孔收缩时间进行延长，在该实施例中被假定为0.5秒。在这些情况下，在主源之前至少0.5秒触发OHAD诱导限制视网膜剂量率的瞳孔收缩。

在另一实施例中，可以通过使用OHAD可见激光光源以引起观察者眨眼从而采用眨眼转移。眨眼转移反应的延迟被认为是250毫秒，并保护角膜和视网膜免受破坏。因此，该反应适合于所有主源波长。在这个实施例中，OHAD的临界级别为导致标称眨眼反应所需的级别，其可根据周围发光环境并在一定程度上根据观察者的特性包括医疗条件以及法律和非法毒品的使用而改变。眨眼反应的该临界级别可通过将眨眼反应标记成在可见光谱之间发光的次级光源而被确定。可选地，眨眼反应可由临界级别或噪音所诱导，被引导或全方向性的。例如，这种眨眼反应可在开始主光学危险之前被启动，这样眨眼反应明显减少或完全消除主光学危险的曝光。

在又一实施例中，通过使用OHAD可见激光光源以引导观察者转移他们的目光而采用目光转移反应。表2总结了从目光转移反应实现的益处。对于主源的紫外线范围，对视觉安全的益处令人惊讶地和意外地大，例如，与没有利用目光转移反应的OHAD的主源相比，其将减少曝光1200倍，如在图16中的实施例所示。在目光转移反应的有效益处上不存在实际限制，其取决于目光回避的曝光长度以及主光学危险源的波长。例如，与不刺激目光转移反应的相同曝光相比，主紫外线光学危险源的更长时间曝光可减少曝光1200倍（在5分钟内）。这里剂量减轻被定义为没有OHAD的剂量除以有OHAD的剂量，并在表2中表示的那样，剂量减轻被显示为人曝光减少的次数（如，对于通过目光转移减轻的主光学危险的1秒曝光为4X或4倍更少的曝光）。参见表2对于通过目光转移5纳秒的曝光减少的总结，脉冲激光具有248纳米的波长。表2假设OHAD在与主激光器同时被触发。在表2中没有考虑眨眼反应或瞳孔收缩反应。主源本身的可见光束诱导了目光转移，因此，没有提供在波长的可见范围内发光的主源的计算。然而，如果在发射可见光束的主危险源加电之前250毫秒被启动，诱导带有次级源或主源的低强度光束的目光转移本身可减少延迟。该效果在表2中不被考虑。

在表2中作为主光学危险的持续时间的检测器的扫描时间，代表在紫外线拉曼光谱检测器中利用的扫描时间的范围，如检查点爆炸物探测系统（CPEDS）1，例如双波段紫外线（UV）拉曼平衡检测技术以检测微量爆炸物化学品的残留物和具有248纳米和355纳米的激光发射波长的相关前体材料。应该注意的是，扫描的持续时间不一定是到主光学危险的连续曝光，因为主光学危险可能被脉冲调制。基于表2，目光转移为阻止紫外线拉曼光谱检测器损伤的OHAD的优选光学危险回避机制。相对于没有目光转移的主光源强度的乘数在其数量上是令人惊讶和意想不到的，特别是在更长的扫描时间。在长扫描时间内，通过诱导目光转移所提供的由于OHAD的标称危险是非常的。假定在表2中，OHAD的可见光束对曝光没有贡献，其在某种程度上为合理的假设，因为虽然紫外线危险源代表对角膜的危险，可见的转移源并不代表对角膜的危险。可见源阈值对于视网膜是损伤；因此，可见OHAD没有添加到由紫外线危险引起的潜在角膜损伤，例如。

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1CPEDS为Alakai防御系统的商标。

在一个实施例中，OHAD结合了多个转移反应。例如，瞳孔收缩反应与目光转移反应结合或眨眼反应与目光转移反应结合。例如，对于曝光的同样持续时间，目光转移反应提供了紫外线主源的1200倍曝光（在5分钟内）和近红外和远红外主源的2.5倍曝光，而瞳孔收缩反应对于可见光和近红外主源提供了多达12倍曝光。在这个实施例中，对于紫外线主源的结合益处是1200次曝光，对于可见光主源达到12倍曝光，对于近红外曝光达到30倍（即，2.5倍和12倍的结合），并且对于远红外是2.5倍曝光。此外，在主源之前触发OHAD，如在0.5秒之前，可在可见光和近红外光谱中减少视网膜剂量率。

如果必要的话，一个或更多的转移反应可与运动传感器或其它互锁装置结合以提高在NHZ内的视觉安全。同样，眨眼反应可被利用以在眼睑关闭期间将与视网膜和角膜的曝光减少到无。通过结合作为OHAD和其他安全装置的结果的生理反应，可由更宽范围的光学危险导致的损伤可被减轻或回避。

在如图4示意性地示出的一个实施例中，检测器400包括诸如主激光器的第一光源410，所述第一光源具有如图6和图7所示的光学危险区域C，E。检测器400包括传感器420用于从被第一光源410刺激的物质询问信号，例如如图4示意性地示出。检测器400包括第二光源440，例如可由次级激光器发出的次级激光束140。例如，次级激光束140包括具有被选定用于刺激人体的至少一个生理转移或回避反应的光学强度的可见光束。检测器400包括用于引导可见光束的光学系统147，149，这样可见光束在主光源410的标称危险区域C，E的至少一部分内被叠加在由主光源410发出的光束142上。第二光源440可能够在主激光的标称危险区域的至少一部分内诱导至少一个生理转移或回避反应，这样由主光源410发出的光束的光学曝光被由所第二光源440在人类中刺激的至少一个生理转移或回避反应所减轻或消除。例如，主激光的光束142包括具有紫外线波长的发射能量，这样没有可见光由主光源410发出以及没有生理转移或回避反应被主光源410所刺激。在一个实施例中，主光源410的光束包括一个或多个激光并且包括包含双波段紫外线波长的发射能量。传感器和主激光可提供拉曼平衡检测系统，这样，例如当双波段紫外线波长曝光时，化学品的微量残留产生信号。例如，双波段紫外线波长可包括波长248纳米和248纳米的发射能量。在一个实施例中，光学系统包括用于对第二光源440的可见光束进行重新定向的第一镜143以及用于对由第一镜143重新定向的可见光束进行重新定向的第二镜141，例如图13-15所示。光学系统可包括光束扩展器147，并且第二镜141的可见光束可被引导通过光束扩展器147，这样光束发散了。在可见光束被引导通过光束扩展器147后，可见光束可被引导通过光束准直仪149，这样发散的可见光束变得更加准直，这样准直光束140的有效宽度A大于主光源410的光束142的标称危险宽度B，例如图4-5和图13-15所示。在本文中，有效宽度是指对应于次级光源的光束的最小光强能级以刺激所选定的生理反应的OHAD的次级光源的光束宽度。

所述光学系统可包括光学组合器450，如图4示意性地示出，其可被设置在光束准直仪149之后，例如，由此光束140被叠加在主光源410的光束142的光学危险区域的至少一部分内由主光源410发出的光束142上。光学系统可包括光束瞄准光学器件430，如可调瞄准镜，其中所述光束瞄准光学器件430能重定向次级光源440的可见光束140和主光源410的光束142朝向在远离检测器400一定距离的目标（图中未示出）。

在一个实施例中，延时电路462被包括在控制器460内，其可被设置为互锁装置，这样检测器的触发延迟了一段延迟时间或阻止了由主光源410发射的光束142的启动。例如，延迟时间可延迟主光源直到在第二光源440的可见光束140的启动之后。在一个实施例中，可选择100毫秒，200毫秒，250毫秒或300毫秒的延迟。例如，传感器420可与控制器460集成在一起以确定第二光源440何时或是否是操作的。如果传感器420未检测到可见光束142，或可见光束142在少于阈值级别被检测到，则所述互锁装置可阻止主光源410的触发。在一个实施例中，手动覆盖463可被设置以覆盖互锁装置464，如图4示意性地示出。此外，检测器可以不具有手动覆盖。

例如，延时电路可以能够将所述主光源410发出的光束142的启动延迟至少100微秒，这样瞳孔收缩或眨眼反应可由第二源440在触发主光源410的光束142之前启动。在一个实施例中，所述延时电路能将由主激光器发射的光束的启动延迟至少250微秒。

一种实施光学危险回避装置的方法可包括选择将多个光学危险回避反应结合到一个人的光学危险回避系统的步骤。在本文中，光学危险回避反应被定义为生理或行为反应，能够减轻对人类眼部组织的会由标称危险诱导的包括视网膜损害或角膜损害的损害，其中标称危险在标称危险区域内以ANSI标准被定义。从光学危险回避反应中选定的多个光学危险回避反应例如可包括眨眼反应，瞳孔收缩反应和目光转移回应。所述方法可包括将光学危险回避系统与主光学危险源集成在一起，这样光学危险回避系统减轻或消除对人的角膜和视网膜的损伤标称风险。通过损伤的标称伤害，应该被理解的是，当主光学危险源缺少光学危险回避装置（OHAD）被操作时，ANSIZl36.1-2007在本文中被使用以确定在标称危险区域（NHZ）内是否存在危险的标称风险，以及对OHAD进行操作以减轻或消除在NHZ的至少一部分内的危险标称风险。如图所示，ANSI136.6同样被使用，如当确定灵敏级别和临界级别时。存在如在21C.F.R.1040，DODI6055.15或IEC60825中发现的其他标准，但ANSI标准136.1和136.6被一直用于确定本文所使用的级别。例如，当检测到有人在任一剩余NHZ中，OHAD可提供运动传感器或其他传感器以阻止主光学危险的触发。通过将光学危险回避反应与互锁装置相结合，所述互锁装置能阻止主光学危险源的发射直到光学危险回避装置确定主光学危险源的发射对人是安全的。控制装置或控制器460可包括互锁装置464和延时电路462，或所述互锁装置可包括延时电路462。在OHAD系统内结合互锁装置可用于阻止主光学危险源的发射一段预定的延时期或由OHAD的用户可选择的延时期。如果在主光学危险源的触发之前需要眨眼反应或瞳孔收缩反应，则延迟期可为至少100毫秒，更优选地至少250毫秒。

在一个实施例中，结合步骤包括监测用于人的出现的标称危险区域和阻止主光学危险源的发射，直到所有人都从剩余的标称危险区域被排除。在剩余标称危险区域附近，这意味着所述标称危险区域，如果人存在，在考虑了由主光学危险的损伤的标称风险的OHAD减轻之后。在另一个实施例中，即使在所有人都被从剩余标称危险区域排除后，提供了时间延迟。所述监测步骤可通过提供在剩余标称危险区域内能够检测人/动物的传感器（如运动传感器）而被自动化。例如，当运动传感器已经检测到在触发主光学危险之前的期间在剩余标称危险区域内与人出现相关的运动，所述互锁装置阻止了主光学危险源的发射。当所述互锁装置阻止了主光学危险源的发射时，可提供声音或视觉的警告或警报。例如，这种警告或警报可向检测器的用户表明所述标称危险区域不明确和/或可给在剩余标称危险区域的任何人提供警告。在一个实施例中，人脸检测系统被结合到OHAD，如在2007年5月3日公布的美国专利公开号2007/0098229中披露的人脸检测模块，以及2001年2月6日发布的美国专利号6184926，其披露了用于检测处于不受控制的环境中的人脸的系统，这些引用的全部内容通过引用被并入本文。

使用光学危险回避装置以在标称危险区域内减轻或消除危险标称光学危险的方法的一种实施例，包括选择具有发射辐射的强度和波长的光学危险回避装置，这样多个光学危险回避反应减轻或消除主光学危险源的标称危险光学。例如，通过将OHAD与主光学危险集成在一起，互锁装置可阻止主光学危险源的触发直到所述多个光学危险回避反应减轻或消除主光学危险源的标称光学危险。

所披露的本发明特征的其他组合和变化旨在被包含在本发明的范围内，并且实施例不应本认为限制最终发布的任何权利要求。

以下提供表1和2：

表1

表2

Claims (22)

1.一种检测器，包括：

主激光器，所述主激光器具有标称危险区域；

传感器，其用于询问由所述主激光器刺激的物质的信号；

次级激光器，其发射可见光束，以用于刺激至少一个光学危险回避反应，该光学危险回避反应能够减轻由所述主激光器导致的损害；

引导所述可见光束的光学系统，以使得所述可见光束在所述主激光器的光学危险区域的至少一部分内被叠加在由主激光器发射的光束上，其中，所述次级激光器在所述主激光器的光学危险区域的所述至少一部分内能够诱导所述至少一个光学危险回避反应，以使得所述主激光器发射的光束的光学曝光被所述至少一个光学危险回避反应所减轻。

2.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述主激光器的光束包括具有紫外线波长的发射能量。

3.根据权利要求2所述的检测器，其中，所述主激光器的光束包括一个或多个激光，并且该主激光器的光束包括包含有双波段紫外线波长的发射能量，且所述传感器和主激光器提供了一种用于拉曼平衡检测的系统，这样当所述双波段紫外线波长曝光时，化学品的痕量残余物产生信号。

4.根据权利要求3所述的检测器，其中，所述双波段紫外线波长包括约为248纳米和355纳米波长的发射能量。

5.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述光学系统包括用于对来自所述次级激光器的可见光束进行重新定向的第一镜、以及用对由所述第一镜重新定向的可见光束进行重新定向的第二镜。

6.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述光学系统包括光束扩展器以及光束准直仪，所述可见光束被引导通过该光束扩展器，以使得光束发散，其中，在可见光束被引导通过光束扩展器后，所述可见光束被引导通过光束准直仪，这样发散的可见光束变得更加准直，以使得该准直光束的有效宽度大于主激光器的光束的标称危险宽度。

7.根据权利要求1所述的检测器，其中，所述光学系统包括光学组合器，通过该光学组合器，所述可见光束在主激光器的光束的光学危险区域的所述至少一部分内被叠加在由所述主激光器发出的光束上。

8.根据权利要求7所述的检测器，其中，所述光学系统包括光束瞄准光学器件，其中，所述光束瞄准光学器件能朝着与所述检测器间隔一定距离的目标来重定向所述次级激光器的可见光束和所述主激光器的光束。

9.根据权利要求1所述的检测器，进一步包括延时电路，从而所述检测器的触发将所述主激光器发出的光束的任何启动延迟了一段时间，直到启动所述次级激光器的可见光束后为止。

10.根据权利要求9所述的检测器，其中，所述延时电路能够将所述主激光器发射的光束的启动延迟至少100毫秒。

11.根据权利要求9所述的检测器，其中，所述延时电路能够将所述主激光器发射的光束的启动延迟至少250毫秒。

12.一种实施光学危险回避装置的方法，包括：

选择光学危险回避系统，该光学危险回避系统结合了人体的多个光学危险回避反应，所述多个光学危险回避反应从包括眨眼反应，瞳孔收缩反应和目光转移反应的光学危险回避反应中进行选择；

将所述光学危险回避系统与主光学危险源集成在一起，这样所述光学危险回避系统减轻或消除了对人角膜或视网膜损害的标称风险。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括将上述光学危险回避反应与阻止主光学危险源发射的互锁装置相结合，直到所述光学危险回避装置确定了该主光学危险源的发射对人体是安全的。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述互锁装置包括延时电路，并且上述结合步骤将所述主光学危险的发射阻止了一段延时期。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，延时期至少为100毫秒。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，延时期至少为250毫秒。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述结合步骤包括监测人存在的标称危险区域，以及阻止主光学危险源的发射，直到所有人都被排除在标称危险区域外。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述监测步骤通过提供运动传感器而被自动化，从而当所述运动传感器在触发主光学危险源之前的时期内已经检测到与处于标称危险区域内的人类存在相符合的运动后，所述互锁装置阻止所述主光学危险源的发射。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，当所述互锁装置阻止主光学危险源发射的时候，提供了可闻或可视化的警告。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述监测步骤通过提供人脸检测系统而自动化，从而当人脸检测系统在一定时期内已经检测到与处于标称危险区域内的人的存在相符合的人脸并且该人脸面向特定方向时，所述互锁装置能够干扰主光学危险源的发射。

21.一种使用光学危险回避装置以在标称危险区域内减轻或消除标称光学危险的方法，包括：

选择具有一定发射辐射的强度和波长的光学危险回避装置，从而多个光学危险回避反应减轻或消除主光学危险源的标称光学危险；

将光学危险回避装置与主光学危险源集成在一起，这样控制装置阻止了主光学危险源的发射，直到多个光学危险回避反应减轻或消除主光学危险源的标称光学危险。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述集成步骤包括选择光学器件，这样所述主光学危险源具有了光束，并且该光束不具有收敛的聚焦光束宽度，并且所述光学危险回避装置在主光学危险源的整个标称危险区域内所具有的光束的光束宽度大于主光学危险的光束宽度。

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