DE1945116B2 - Schutzanordnung gegen intensive laserstrahlung - Google Patents

Description

optischen Einrichtung umfaßt, und daß dieses op- gerät ausgestattet ist. Dadurch wird eine hohe

tische Element wenigstens teilweise aus einem Strah- Strahlenenergie auf der Spiegeloberfläche ohne große

lung absorbierenden Stoff besteht, so daü es bei Ein- sphärische Verzerrungen in dem Beobachtungsgerät

fall von Strahlung über einer bestimmten Intensitäts- erreicht.

schwelle örtlich derart verändert wird, daß die Über- 5 Um die Schutzanordnung für alle Wellenlängen der

tragung dieser Strahlung zur optischen Einrichtung, einfallenden intensiven Laserstrahlung gleich wirksam

wenn überhaupt, dann nur in stark gedämpftem Maße auszuführen, kann die Sammelopdk durch einen

erfolgt. Hohlspiegel gebildet sein.

In einer Anordnung dieser Art wird über die Sam- Eine gleichzeitige Anzeige der einfallenden inten-

meloptik ein reelles Bild des Gesichtsfeldes in dem io siven Laserstrahlung wird dadurch erreicht, daß das

optischen Element erzeugt. Dieses überträgt an die Trägermaterial des Spiegels transparent ist und im

zu schützende optische Einrichtung nur Strahlung Bereich der den Spiegel durchdringenden Strahlung

unter einer vorgegebenen Intensitätsschwelle. Bei hoher Intensität ein Photoempfänger angeordnet ist.

Überschreiten dieser Intensitätsschwelle erfährt das Der Photoempfänger kann gleichzeitig so ausgebildet

optische Element örtlich eine Veränderung, die be- 15 sein, daß er auch die Richtung der einfallenden Strah-

whkt, daß die Übertragung der intensiven Strahlung lung anzeigt.

an die optische Einrichtung bzw. an das menschliche An Hand der in der Zeichnung dargestellten AusAuge unterbrochen wird. Bei der Verwendung diesei führungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erAnordnung in einem optischen Beobachtungsgerät läutert werden. Es zeigt

wird durch die lediglich lokale Störung des optischen 20 F i g. 1 eine schematische Darstellung der Schutz-Elements die Beobachtung des Gesichtsfeldes nicht anordnung mit einer Sammellinse nach der Erfindung, wesentlich gestört. F i g. 2 eine prinzipielle Darstellung der Schutzan-Für die Ausbildung des optischen Elementes gibt Ordnung mit einem Parabolspiegel nach der Erfines grundsätzlich zwei verschiedene Möglichkeiten. dung.

Die eine Möglichkeit macht von einer Steuerung der 35 F i g. 3 eine schematische Darstellung der Schutz-Transparenz und die andere Möglichkeit von einer anordnung mit einer Platte aus Photochromglas nach Steuerung der Reflexion eines geeigneten Mediums in der Erfindung.

Abhängigkeit der Intensität der einfallenden Sirah- Die in F i g. 1 dargestellte Schutzanordnung enthält

lung Gebrauch. die Sammellinse 1', den Spiegel 2 und eine weitere

Bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, 30 Sammellinse 3. Die gegen intensive Laserstrahlung zu

bei dem eine Transparenzsteuerung zur Anwendung schützenden optischen Teile sind hier das durch die

gelangt, ist das optische Element eine Platte aus trans- beiden Linsen 4 und 5 dargestellte Teleskop 6 und

parentem Material, vorzugsweise Glas, welche photo- das Auge des Beobachters 7. Zur Demonstration der

empfindliche Materialien enthält, die erst bei Über- Schutzwirkung sind zwei einfallende parallele Strah-

schreiten der vorgegebenen Intensitätsschwelle absor- 35 lenbündel 8 und 9 gezeichnet. Durch die Sammel-

bierend wirken. Als Beispiel für ein Material einer linse 1' wird auf dem Spiegel 2 ein reelles Gegen-

solchen Platte sei hier Photochromglas genannt. Standsbild gezeichnet. Das vom Spiegel 2 reflektierte

Durch die Anordnung der Platte in der Brennebene divergente Strahlenbündel 8' wird in der Sammel-

der Sammeloptik liegt diese Intensitätsschwelle im linse 3 in ein Parallelstrahlenbündel umgeformt und

Bereich der Platte sehr hoch. Dadurch ist gewähr- 40 tritt so in das Teleskop 6 ein. Der Spiegel 2 ist hier

leistet, daß der Übergang vom transparenten in den so ausgestaltet, daß er etwa 2O°/o der auf ihn tref-

absorbierenden Zustand bei Überschreiten dieser fenden Strahlung absorbiert. Dieser Absorptionswert

Schwelle genügend schnell erfolgt. ist bei reflektierenden Metallbelägen aus Aluminium

Bei einem zweiten bevorzugten Ausführungsbei- oder Silber wenigstens im Bereich der sichtbaren

spiel, bei dem die Reflexionseigenschaften des opti- 45 Strahlung stets gegeben. Diese Absorption ist nötig,

sehen Elements beeinflußt werden, ist dieses ein um durch eine einfallende intensive Laserstrahlung

Spiegel, der die ankommende Strahlung zur optischen eine örtliche Erhitzung auf der Spiegeloberfläche zu

Einrichtung bzw. einer der optischen Einrichtung erzielen, die ausreicht, um diese am Ort der Erhit-

vorgelagerten Optik hin reflektiert. Die thermische zung zu zerstören. Ein solcher intensiver Laserstrahl

Belastbarkeit der reflektierenden Spiegeloberfläche ist 50 ist durch das Strahlenbündel 9 dargestellt. Der Spie-

dabei so bemessen, daß diese durch eine über der gel 2 ist im Brennpunkt 10 dieser Strahlung zerstört,

vorgegebenen Intensitätsschwelle liegende Strahlung Die intensive Laserstrahlung wird nicht reflektiert,

örtlich zerstört wird. Für die Lichtstärke des Teleskops ist eine Absorp-

Eine vorteilhafte Ausbildung des Spiegels besteht tion des Spiegels 2 von etwa 20°/n ganz unwesentlich,

darin, daß dieser aus einem dielektrischen Material 55 da dieser Verlust durch eine relativ geringfügige Ver-

mit geringer thermischer Leitfähigkeit und einer re- größerung der Sammellinse 1' kompensiert werden

flektierenden metallischen Oberfläche gefertigt ist. kann. Es ist ohnehin empfehlenswert, das Öffnungs-

Um gleichzeitig einen wirksamen Schutz der opti- verhältnis der Sammeloptik möglichst groß zu ma-

schen Einrichtungen ganz allgemein gegen alle, in chen, um eine starke Erhitzung auf dem Spiegel 2 zu

unerwünschten Spektralbereichen gelegene Strahlung 60 erreichen. Ein Teil der vom Schutzspiegel reflektier-

auch geringer Intensität herbeizuführen, ist es vorteil- ten Strahlung kann dann, wie es durch die Blende 11

haft, wenn die reflektierende Oberfläche des Spiegels angedeutet ist, abgeblendet werden, um die kausti-

gleichzeitig so ausgebildet ist, daß in ihr Strahlung sehen Fehler des nachfolgenden Beobachtungsgerätes

dieser Spektralbereiche absorbiert wird. möglichst klein zu halten.

Insbesondere bei der Verwendung der Schutzvor- 65 Wenn das Trägermaterial des Spiegels2 gegen ther-

richtung in optischen Beobachtungsgeräten ist es gün- mische Einwirkungen unempfindlich ist, wie z. B.

stig, wenn die Sammeloptik mit einem höheren öff- eine Glasplatte, dann bleibt nach einer Perforation

nungsverhältnis als das nachfolgende Beobachtungs- durch das Laserlicht eine restliche Reflexion des

Trägermaterials erhalten. Um die Schutzwirkung derartiger Spiegel ist in der in Fig. 2 gezeichneten

nicht zu beschränken, ist diese Reflexion durch Anordnung verwendet. Die einfallende Strahlung ist

Oberflächenvergütung des Trägermaterials auf etwa dabei auf die gekrümmte Plastikfolie 12 des Spie-

0,5 °/o verringert. gels 2 gebündelt. Strahlung unter der vorgegebenen

Eine nahezu vollständige Unterdrückung der in- S Intensitätsschwelle wird an das nachfolgende optische

tensiven Laserstrahlung wird dann erreicht, wenn der Gerät 13 über eine Sammeloptik 3 übertragen. Fällt

reflektierende Belag des Spiegels 2 auf eine dünne ein Laserstrahl hoher Intensität auf die Plastikfolie

Schicht Trägermaterial aufgebracht ist, die der fokus- 12, so wird diese örtlich so stark erhitzt, daß sie auf

sierte Laserstrahl durchbohrt. Dies ist z. B. dann ihrer ganzen Fläche zerreißt. Die Sammeloptik zur

möglich, wenn der Belag auf eine möglicherweise ab- io Bündelung der Eingangsstrahlung auf den Spiegel 2

sorbierend eingefärbte Plastikfolie aufgebracht ist. ist in dieser Anordnung durch einen Parabolspiegel 1"

Bei einer solchen Ausführungsform wäre auch eine gebildet. Dieser hat gegenüber einer Sammellinse den

billige und einfache Auswechslung zerstörter Spiegel, Vorteil, daß er achromatisch wirkt,

eventuell durch kontinuierliche Abrollung, möglich. Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung enthält im

In manchen Anwendungen kann es sinnvoll sein, 15 wesentlichen die gleichen Elemente wie die der Fig. 2.

die Lage des die intensive Laserstrahlung erzeugen- Das optische Element ist hier jedoch durch eine plan-

den Senders festzustellen. Durch die punktförmige parallele Platte 2' gebildet, die als passiver Absorber

Zerstörung des Spiegels ist diese Lage bei ruhender wirkt. Der Absorptionskoeffizient ist nicht konstant,

Schulzvorrichtung dauerhaft gekennzeichnet. Diese sondern hängt von der Intensität der einfallenden

Lage kann durch optische Sensoren angezeigt und da- ao Strahlung ab. Er steigt mit wachsender Strahlungs-

durch auf den Ort des Lasersenders geschlossen wer- intensität nichtlinear von nahezu Null bis auf sehr

den. Dabei empfiehlt es sich, den Spiegel mit einer hohe Werte an. Ein Beispiel für ein derartiges Ab-

Hilfslichtquelle zu beleuchten, welche die perforierten sorptionsmaterial ist, wie bereits erwähnt wurde,

Stellen für die optischen Sensoren kenntlich macht, Photochromglas. Die nichtabsorbierte Strahlung ge-

wenn hierfür das Eingangslicht nicht ausreicht. 35 ringer Intensität durchdringt die Platte 2' und wird

Mit auf Rahmen gespannten Folien lassen sich über die Optik 3 an das optische Gerät 13 weiterrecht präzise Planspiegel erzeugen. Durch einseitige geleitet. Strahlung über der vorgegebenen Intensitäts-Luftdruckerniedrigung können darüber hinaus stabile schwelle wird in der Platte 2' absorbiert. Bei geeig- und definiert gekrümmte Spiegel erzeugt werden. Die neter Glaszusammensetzung ist es möglich, daß die Verwendung eines derartigen Spiegels bringt es mit 30 intensive Laserstrahlung keine bleibende Störung in sich, daß bei Einfall von intensiver Laserstrahlung der Platte hinterläßt. Sie nimmt nach einer gewissen der gesamte Strahlengang unterbrochen wird. Ein Regenerierzeit wieder den transparenten Zustand an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Die Anwendung von Lasern bringt durch die hohe e: Energiedichte der ausgesandten Strahlung, oeispiels-

1. Anordnung zum Schutz von optischen Ein- weise von Riesenimpulsen, die Gefahr der ernsthaften richtungen und des menschlichen Auges gegen Schädigung von optischen Einrichtungen und der Reintensive Laserstrahlung, dadurch gekenn- 5 tina des menschlichen Auges mit sich. Die Gefährzeichnet, daß der optischen Einrichtung eine dung des menschlichen Auges ist besonders dann geOptik vorgelagert ist, die eine Sammeloptik und geben, wenn das natürliche Öffnungsverhältnis des ein im Bereich ihrer Brennebene angeordnetes Auges durch ein optisches Beobachtungsgerät, wie ein optisches Element zur Übertragung der Strahlung Fernrohr, vergrößert wird. Durch die zunehmende an die optische Einrichtung, gegebenenfalls in io Verwendung von Lasergeräten im mobilen Einsatz, Verbindung mit einer weiteren Optik zwischen z.B. bei der Entfernungsmessung und der Ortung, dem optischen Element und der optischen Ein- ist ein wirksamer Schutz dagegen angebracht. Darrichtung umfaßt, und daß dieses optische Element überhinaus ist ganz allgemein ein Schutz von optiwenigstens teilweise aus einem Strahlung absor- sehen Detektoren, wie Photomultipliern, Photobierenden Stoff besteht, so daß es. bei Einfall von 15 dioden, Bildwandlern und Fernsehaufnahmeröhren, Strahlung über einer bestimmten Intensitäts- in allen Bereichen wo intensive Laserstrahlung erschwelle örtlich derart verändert wird, daß die zeugt wird, beispielsweise in Laboratorien, wün-Übertragung dieser Strahlung zur optischen Ein- sehenswert.

richtung, wenn überhaupt, dann nur in ausrei- Es sind bereits Anordnungen gegen intensive

chend gedämpftem Maße erfolgt. 20 Laserstrahlung bekannt. So ist in der deutschen

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Auslegeschrift 1241126 eine Anordnung angekennzeichnet, daß das optische Element eine gegeben, die von einem optischen Wandler Gebrauch Platte (2') aus transparentem Material, Vorzugs- macht. Eine derartige Schutzmaßnahme ist jedoch weise Glas, ist, welche photoempfindliche Mate- sehr aufwendig und deshalb für viele Anwendungen rialien enthält, die erst bei Überschreiten der vor- 25 praktisch nicht durchführbar.

gegebenen Intensitätsschwelle absorbierend wir- Als weitere Schutzmaßnahme ist der Einbau von

ken. selektiven Interferenzfiltern in die zu schützenden

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- optischen Geräte bekannt. Liegt die abzuschirmende kennzeichnet, daß das optische Element ein Spie- Strahlung jedoch im Bereich des sichtbaren Lichtes, gel (2) ist, der die ankommende Strahlung zur 30 so führt die Verwendung derartiger Filter zu starken optischen Einrichtung bzw. einer der optischen Farbverfälschungen der in die optische Einrichtung Einrichtung vorgelagerten Optik (3) hin reflek- dringenden Strahlung. Außerdem scheidet eine solche tiert, und daß hierbei die thermische Belastbarkeit Schutzmaßnahme dann aus, wenn die Frequenz der der reflektierenden Spiegeloberfläche so bemessen intensiven Laserstrahlung, die es abzuschirmen gilt, ist, daß diese durch eine über der vorgegebenen 35 unbekannt oder zeitlichen Variationen unterworfen Intensitätsschwelle liegende Strahlung örtlich zer- ist. Dasselbe gilt, wenn mit Strahlung verschiedener stört wird. Frequenz gleichzeitig gerechnet werden muß. Den

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge- Augenschutz mit Hilfe eines im Strahlengang der opkennzeichnet, daß der Spiegel aus einem dielek- tischen Einrichtung angeordneten fiequenzselektiven trischen Trägermaterial geringer thermischer Leit- 40 Spiegels im roten und infraroten Bereich herbeizufähigkeit mit einer reflektierenden metallischen führen, ist ebenfalls unzureichend, weil der Augen-Oberfläche besteht. schutz hier auf Strahlung dieses Frequenzbereiches

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch beschränkt ist.

gekennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche Es ist auch bereits eine von der Frequenz der ein-

des Spiegels (2) Strahlung bestimmter Spektral- 45 fallenden Strahlung unabhängige Schutzmaßnahme bereiche absorbiert. bekannt. Sie besteht darin, mit Hilfe eines im Strah-

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 lengang der optischen Einrichtung angeordneten bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammel- Faserglases eine Streuwirkung einfallender kohärenoptik mit einem höheren Öffnungsverhältnis als ter Strahlung in dem Sinne herbeizuführen, daß nur die nachfolgende optische Einrichtung ausge- 50 ein geringer unschädlicher Anteil den Ausgang der stattet ist. optischen Einrichtung erreicht. Eine solche Schutz-

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 maßnahme hat jedoch den Nachteil, daß die Qualität bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammel- des von der optischen Einrichtung dargebotenen optik durch einen Hohlspiegel (1") gebildet ist. Bildes beeinträchtigt ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 55 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Träger- weitere Lösung für eine einfache Anordnung zum material des Spiegels transparent ist, und daß im Schutz gegen intensive Laserstrahlung anzugeben, die Bereich der den Spiegel (2) bei Zerstörung seiner nicht nur unabhängig von der Wellenlänge der Strahreflektierenden Oberfläche durchdringenden Strah- lung zum Einsatz gelangen kann, sondern darüber lung ein Photoempfänger zur Anzeige dieser 60 hinaus auch keine Verzerrungen des dargebotenen Strahlung angeordnet ist. Bildes mit sich bringt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der optischen Einrichtung eine Optik vor-

gelagert ist, die eine Sammeloptik und ein im Bereich

⁶5 ihrer Brennebene angeordnetes optisches Element zur

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung Übertragung der Strahlung an die optische Einrichzum Schutz von optischen Einrichtungen, und des tung, gegebenenfalls in Verbindung mit einer weitemenschlichen Auges gegen intensive Laserstrahlung. ren Optik zwischen dem optischen Element und der