Einfluss der Quellgröße

© Dr. Ekkard Brewig 02/2007

 

Bei der Beurteilung von Laserstrahlung nach DIN EN 60825 Teil 1 (VDE0837 Teil1) aber auch der Strahlung von LED und anderen, intensiven Lichtquellen kommt es für die Augensicherheit auf die Größe der Strahlungsquelle an. Ursache hierfür ist einerseits die Abbildung der Quelle auf den Augenhintergrund, die Netzhaut (Retina). Andererseits die Kopplung der Wirkung an die (Netzhaut-) Bestrahlungsstärke, d. h. an die elektromagnetische Leistung je Flächeneinheit. Je kleiner die gesehene Fläche der Quelle ist, umso kleiner ist auch ihr Netzhautbild und zwar im Verhältnis der Gegenstandsweite zum Durchmesser des Auges von ca. 32 mm. In der Regel stellt dies eine Verkleinerung dar, die letztlich, bei sehr kleinen Quellen, nur durch die Beugung an der Iris auf ca. 10 µm begrenzt wird. Ein kleines Beispiel mag die Verhältnisse verdeutlichen: Die Strahltaille eines nicht besonders guten Lasers hat einen Durchmesser von ca. 1,5 mm. Wir betrachten den Strahl aus 3,2 m Abstand. Dann ergibt sich nach dem Strahlensatz ein Netzhautbild mit einem Durchmesser von rechnerisch 15 µm. Nehmen wir ferner an, dass die Normpupille von 7 mm Durchmesser ca. 1 mW einfängt, dann ergibt sich eine Bestrahlungsstärke auf der Netzhaut von 1mW/[(15µm/2)²*p] = 5,66 106 W/m². Wäre der Quelldurchmesser 15 mm, wäre die Netzhautbestrahlungsstärke um den Faktor 100 kleiner.

 

Bezeichnungen

 

Um ein Maß für diesen Einfluss zu gewinnen, schreibt die Norm vor, die Winkelausdehnung der (scheinbaren) Quelle zu bestimmen, gesehen aus 100 mm Entfernung. Die Winkelausdehnung a wird in Milliradiant, kurz mrad, angegeben. Es handelt sich definitionsgemäß um den mittleren Durchmesser d63 einer Fläche, die 63% der gesamten Strahlungsleistung abgibt, bezogen auf 100 mm Abstand. Hat das Strahlprofil eine Gauß-Verteilung, dann ist das Verhältnis h von sichtbarem Strahldurchmesser zu d63, h = 0,6. Für die Praxis kann man mit h = 0,5 rechnen und gewinnt dadurch für Grenzbetrachtungen eine kleine Sicherheitsmarge.

Für die Beurteilung wird eine Quelle mit einer Winkelausdehnung von 1,5 mrad und weniger als "Punktquelle" behandelt, und die Grenzwerte gelten unmittelbar. In allen anderen Fällen werden die Grenzwerte um einen Faktor C6 vergrößert. C6 = 1, wenn a 1,5 mrad und C6 = 67, wenn a ³ 100 mrad. Für alle Werte von a dazwischen gilt C6 = a/1,5 mrad.

C6 liegt für Laser im Bereich von 1 bis 1,5 und für LED im Bereich von 10 bis 20.

Die Winkelausdehnung darf nicht mit der Divergenz des Strahles im Außenraum verwechselt werden!


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