DE19636626A1 - Vorrichtung zum Erfassen von über dem Gefahrenpegel liegender Bestrahlungsstärke bei unsichtbaren Strahlungen - Google Patents
Vorrichtung zum Erfassen von über dem Gefahrenpegel liegender Bestrahlungsstärke bei unsichtbaren StrahlungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz
gegen Strahlungen, die von Lichtsendern nach dem Oberbegriff
des A1 ausgestrahlt werden und in der Nähe ihrer Austritts
stelle, genannt das Nahfeld, unter bestimmten Bedingungen
über dem Gefahrenpegel liegen.
Große Bestrahlungsstärken werden bekanntlich zum Anlasern von
weit entfernt liegenden Objekten, wie z. B. bei der Objektver
messung und Objekterkennung bis zu einer Entfernung von einem
bis mehreren Kilometern angewendet. Solche Strahlungen sind
zwar bis zum Zielobjekt auf einen gefahrlosen Pegel abge
schwächt und können nach ihrer Reflexion bedenkenlos von dem
zugehörigen Bildempfänger für eine Weiterverarbeitung empfan
gen werden, weisen jedoch in der Nähe ihrer Austrittsstelle
gefährliche Bestrahlungsstärken auf.
So bestehen bei solchen Systemen für in das Nahfeld unvorher
gesehen gelangte Objekte Brandgefahr und für biologische Ge
webe die Gefahr der Absorption der Strahlungen, wobei von den
biologischen Geweben am empfindlichsten die Augenlinse und
die Augennetzhaut reagieren. Auf diese Empfindlichkeiten ist
nach den geltenden Sicherheitsbestimmungen die maximal zuläs
sige Bestrahlungsstärke, die MZB, abgestellt und in einschlä
gigen Tabellen und Diagrammen in Abhängigkeit zu den physika
lischen Parametern der ausgesendeten Strahlen festgelegt. Ir
gendwelche Mittel zum Schutz gegen eine zu hohe Strahlenbe
lastung sind bislang in dieser Technik nicht angewendet wor
den. Der Abstand "r" von der Austrittsstelle der Strahlung
bis zu einer bestimmten Entfernung, nach der die Bestrah
lungsstärke bereits unterhalb des Gefahrenpegels liegt bzw.
nach der die MZB unterhalb des Grenzwertes liegt, definiert
das sogenannte "Nahfeld".
Unter normalen und idealen Bedingungen errechnet sich dieser
Abstand aus
wobei einzusetzen ist für
P = Strahlungsleistung des Lichtsenders,
a = Durchmesser des Austrittsstrahls,
⌀ = Divergenz des austretenden Strahls.
P = Strahlungsleistung des Lichtsenders,
a = Durchmesser des Austrittsstrahls,
⌀ = Divergenz des austretenden Strahls.
Die durch die Schwächung in der Atmosphäre verursachten Ver
luste sind für die Zustandsbetrachtung im Bereich des Nahfel
des zu vernachlässigen. Die Erfassung eines in den Strahlen
kegel des Nahfeldes gelangten Objektes ist schließlich durch
Laufzeitmessung oder durch Bestrahlungsstärkemessung der re
flektierten Strahlen möglich.
Die bisher in der Praxis eingesetzten Lichtsender mit hoher
Leistung genügen zwar den Auflagen der einschlägigen Sicher
heitsbestimmungen, sie weisen jedoch keine Schutzvorkehrungen
auf für den Fall, daß Objekte unvorhergesehen oder zufällig
in den Strahlenkegel des Nahfeldes eines Lichtsenders gelan
gen. Um den Betrieb solcher Lichtsender sicherer zu gestal
ten, liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die
von einem in das Nahfeld eines Lichtsenders gelangten Objekt
reflektierten Strahlen von einer Vorrichtung zu erfassen, die
in der Lage ist, gefährliche, aus dem Nahfeld kommende von
ungefährlichen, aus dem Fernfeld kommenden Strahlen zu selek
tieren, um bei bestimmter Strahlungsstärke den Lichtsender
abzuschalten.
Gelöst wird diese Aufgabe von einer Vorrichtung mit den Merke
malen des Anspruchs 1. Demnach wird ein Lichtsender, wie er
im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist, mit einer zu
sätzlichen Empfängereinheit für bestimmte Strahlungen ausge
stattet, die so eine aktive Schutzvorrichtung für alle in den
Strahlenkegel durch Zufall oder unvorhergesehen hineingelang
ten Objekte darstellt.
Dadurch, daß ein Strahlensammler die Strahlenaussendestelle
kreisförmig umgibt, lassen sich die von den im Nahfeld be
findlichen Objekten kommenden Reflexionen korrekt einfangen,
diese dann im Sammler umformen, um dann nach schaltungstech
nischer Weiterverarbeitung zur Erzielung eines absoluten
Strahlenschutzes den Strahlenerzeuger abzuschalten.
Durch Anwendung der Erfindung lassen sich nun Lichtsender
auch mit großen Bestrahlungsstärken bedenkenlos im Freien,
also in einer Umgebung mit empfindlich reagierenden Lebewesen
einsetzen.
Wegen der schärferen Brennpunktwirkung auf den Sensor im
Hohlspiegel kann für eine spezielle Signalumformung im Sensor
der Hohlspiegel als Parabolspiegel ausgebildet sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
Es zeigt
Fig. 1 die Vorrichtung zum Empfangen der aus der Gefahren
zone, dem Nahfeld reflektierten Strahlungen,
Fig. 2 die Grundanordnung für die Anwendung der Vorrichtung
nach Fig. 1 bei einem einschlägigen System.
In der Fig. 1 ist mit 1 die Lichtemissionseinrichtung des
Lichtsenders 13, genannt Kollimator, bezeichnet, dessen mit
einer Divergenz ausgestrahlte Strahlen 2 auf ein Zielobjekt
15 gerichtet sind. Der Kollimator 1 selbst besteht aus einem
zylindrischen Metallgehäuse, ist je nach seiner technischen
Aufgabe teleskopartig verstellbar und enthält dafür die ent
sprechende optische Ausstattung. An seiner Rückseite 3 befin
det sich der Lichtleiteranschluß 4 für die vom Lichtsender 13
kommende Einspeiseleitung 5.
über die Rückseite 3 des Kollimators 1 ist ein als Reflektor
dienender Halbkugelspiegel 6 gestülpt, der in gleicher Orien
tierung mit dem Kollimator 1 auf der Achse 7 zwischen dem
Scheitelpunkt A und dem Krümmungsmittelpunkt O angeordnet
ist. Der Halbkugelspiegel 6 erfüllt den Zweck, die von einem
in das Nahfeld 16 des Kollimators 1 gelangten Objekt 17 re
flektierten Strahlen 8 zu sammeln und diese einem im Brenn
punkt des Halbkugelspiegels 6 angeordneten Sensor 9 zuzufüh
ren, der die reflektierten Strahlen 8, in ein Gleichspan
nungssignal umformt, das dann über elektrische Leitungen 10
einem Analog-Verstärker zugeführt und gegebenenfalls an den
Lichtsender 13 weitergeleitet wird, wobei der Sensor 9 mit
seiner Steuerung so ausgelegt ist, daß er auf die abge
schwächten, also aus dem Fernfeld kommenden Strahlen nicht
anspricht. Zur Halterung der Leitungen 5 und 10 am Halbkugel
spiegel 6 dient eine Leiterdurchführung 11. Der Hohlspiegel
raum ist durch ein Wellenfilter 12 abgeschlossen. Damit wird
dieser Raum vor Streustrahlungen aus dem Gehäuse des Kollima
tors 1 und vor Fremdstrahlungen aus dem Freien geschützt. Es
ist durchlässig für die ausgestrahlte Wellenlänge.
Die Anwendungen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist im Block
schaltbild der Fig. 2 dargestellt. Dort ist mit 13 der
Lichtsender bezeichnet, der über eine Lichtleiterverbindung
10 mit dem Kollimator 1 verbunden ist, dessen Rückseite 3 -
wie oben schon erwähnt - von einem Halbkugelspiegel 6 über
stülpt ist. Die vom Kollimator 1 emittierten Strahlen 2 sind
auf das im Fernfeld 14 liegenden Zielobjekt 15 gerichtet. Mit
dem Abstand r vom Kollimator 1 entfernt ist das Nahfeld 16 -
die Gefahrenzone des Strahlenkegels 2 - definiert. Gelangt
ein Objekt 17 in das Nahfeld 16, so erhalten die reflektier
ten Strahlen eine Bestrahlungsstärke, die die Größe der MZB,
auf die beispielsweise die Steuerung des Lichtsenders 13 ab
gestimmt ist, übertrifft und bewirken schließlich die
Abschaltung des Lichtsenders 13.
Mit 18 ist der Bildempfänger mit der gesamten Steuerungs- und
Verarbeitungseinheit bezeichnet, der das vom im Fernfeld 14
liegende Zielobjekt 15 reflektierte Strahlenbündel 19 mittels
eines MCP′s oder einer Video-Kamera empfängt.
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Erfassen von über dem Gefahrenpegel lie
gender Bestrahlungsstärke beim Aussenden unsichtbarer Strah
lungen im Bereich des infraroten Lichts, die zum Zwecke der
Objektvermessung, der Objekterkennung oder dgl. in einem
Fernfeld dienen und von einer mit einem Laser oder dgl. aus
gestatteten Lichtquelle ausgehen, wobei die Lichtquelle für
den Strahlenaustritt mit einem die Strahlenoptik enthaltenden
Kollimator verbunden ist, dessen von dem Objekt aus dem Fern
feld reflektierte Strahlen von einem Bildempfänger (MCP, CCD-/
ICCD-Videokamera, Scanner oder dgl.) empfangen und ausgewer
tet werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Empfangen reflektierter Strahlungen (8) von Objekten
(17), die zufällig oder unvorhergesehen in das Nahfeld (16)
des Kollimators (1) gelangten, eine vom Bildempfänger (18)
separat arbeitende Strahler- und Empfängereinheit vorgesehen
ist und dergestalt ausgebildet ist, daß über die Rückseite
(3) des Kollimators (1) als Reflektor ein Halbkugelspiegel
(6) gestülpt ist, der in der Ebene seines Krümmungsmittel
punktes (0) zur Bildung eines Halbkugelraumes durch einen
Wellenfilter (12) abgeschlossen ist, durch den axial ausge
richtet die Rückseite (3) des Kollimators (1) hineinragt, so
daß als zusammenhängende Einheit ein pilzartiger Körper ent
steht, bei dem im Brennpunkt des Halbkugelspiegels (6) ein
Sensor (9) angeordnet ist, um die durch das Wellenfilter (12)
achsenparallel gelangten und von der konkaven Fläche des
Halbkugelspiegels (6) reflektierten Strahlungen (8) im Sensor
(9) zu sammeln und seine Signale über durch den Scheitel (A)
der Halbkugelkappe (6) geführte elektrische Leitungen (10)
über einen Verstärker an die Lichtquelle (13) weiterzuleiten
und daß parallel zu den elektrischen Leitungen (10) auch die
Einspeiseleitung (5) von der Lichtquelle (13) zum Kollimator
(1) geführt ist.
2. Vorrichtung zum Empfangen von Strahlungen nach A1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Reflektor (6) ein Parabolspiegel ist.
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ID=7805084
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Country Status (1)
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Cited By (1)
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DE3513671C2 (de) * | 1985-04-16 | 1988-02-25 | Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik, 7808 Waldkirch, De |
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- 1996-09-10 DE DE19636626A patent/DE19636626C2/de not_active Expired - Lifetime
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