DE19636626C2 - Vorrichtung zum Erfassen von über dem Gefahrenpegel liegender Bestrahlungsstärke bei unsichtbaren Strahlungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz gegen Strahlungen, die von Lichtsendern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 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 Reflektion 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,
Ø = 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 (DIN VDE 0837, Feb. 1986, S. 1-48), sie wei­ sen jedoch keine Schutzvorkehrungen auf für den Fall, daß Ob­ jekte unvorhergesehen oder zufällig in den Strahlenkegel des Nahfeldes eines Lichtsenders gelangen.

Es ist zwar auch ein Lichtsender bzw. ein Lichttaster aus der DE 35 13 671 C2 bekannt, mit dessen Strahlenkegel Objekte in einem bestimmten Abstand vom Lichttaster erfaßt werden kön­ nen; der Lichttaster benutzt jedoch als Lichtquelle eine Lumineszenzdiode, deren Lichtstrahl vom getroffenen Objekt reflektiert und über eine Empfangslinse in einer Wandleran­ ordnung zu einem Signal umgewandelt wird. Diese bekannte Vor­ richtung, die aufgrund ihrer Gattung übrigens nur für geringe Reichweiten brauchbar ist, arbeitet mit sichtbarem und unge­ fährlichem Licht und braucht deshalb beim Erfassen eines Ge­ genstandes den Lichtsender nicht abzuschalten.

In der DE 33 40 427 C2 ist ein Lasergerät beschrieben. Dort schaltet eine Sicherheitsanordnung den Lasersender ab, sobald die Gefahr besteht, daß im Betriebszustand des Gerätes unkontrollierte Laserstrahlen Schädigungen verursachen könnten. Bei diesem Gerät werden die Laserstrahlen über einen Lichtwellenleiter übertragen, der über eine optische Steckverbindung mit der Ausgangsleitung des Gerätes verbunden ist. Der Lichtwellenleiter selbst verursacht bei der Übertragung von Laserstrahlen eine am Geräteausgang erfaßbare Rückstreuung. Wird bei dieser Anordnung während des Betriebes die Steckverbindung nun versehentlich geöffnet, so treten aus der Steckbuchse die o. g. unkontrollierten Laserstrahlen aus. Gleichzeitig bleibt die über den Lichtwellenleiter zurückfließende Rückstreuung aus. Die Sicherheitsanordnung spricht dann auf dieses Kriterium an und schaltet daraufhin den Lasersender aus.

Die Vorrichtung nach der Erfindung spricht dagegen auf reflektierte Strahlen bestimmter Art an, die von einer Lichtquelle mit hoher Leistung ausgesendet werden, mit denen für das menschliche Auge nicht mehr erfaßbare Objekte sichtbar gemacht werden können, wie dies zum Erkennen von Objekten in großer Entfernung, bei schlechten Sichtverhältnissen oder auch nachts erforderlich ist.

Um den Betrieb solcher Lichtsender sicherer zu gestalten, 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 selektieren, um bei bestimmter Strahlungsstärke den Lichtsender abzuschalten.

Gelöst wird diese Aufgabe von einer Vorrichtung mit den Merk­ malen im Anspruch 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 zeigen:

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 (4)

1. Vorrichtung zum Erfassen von über dem Gefahrenpegel lie­ gender Bestrahlungsstärke beim Aussenden unsichtbarer Strah­ lungen im Bereich des infraroten Lichts, die insbesondere zum Zwecke der Objektvermessung oder der Objekterkennung in einem Fernfeld dienen und von einer Lichtquelle ausgehen, wobei die Lichtquelle für den Strahlenaustritt mit einem die Strahlenoptik enthaltenden Kollimator verbunden ist, dessen von dem Objekt aus dem Fernfeld reflektierte Strahlen von einem Bildempfänger empfangen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Empfangen reflektierter Strahlungen (8) von Objekten (17), die zufällig oder unvorhergesehen in das Nahfeld (16) des Kollimators (1) gelangen, 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 (O) 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, um die Abschaltung der Lichtquelle (13) zu bewirken und daß parallel zu den elektrischen Leitungen (10) auch die Einspeiseleitung (5) von der Lichtquelle (13) zum Kollimator (1) geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (6) ein Parabolspiegel ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (13) mit einem Laser ausgestattet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildempfänger (18) MCP, CCD-/JCCD- Videokamera oder Scanner umfaßt.