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1. (WO2018127397) LASERSYSTEM MIT SCHUTZEINRICHTUNG
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

BESCHREIBUNG

Lasersystem mit Schutzeinrichtung

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer Schutzeinrichtung für ein Lasersystem zur Schaffung eines, die Augen schützenden Lasersystems, Das Lasersystem umfasst dabei wenigstens einen Wirklaser mit wenigstens einer Strahiführung. Die Schutzeinrichtung ist insbesondere für eine Laserwaffe vorgesehen. Der Schutz bzw. eine Augensicherheit möglicherweise gefährdeter Personen wird dabei durch wenigstens eine zusätzliche Sicherheitsvorrichtung geschaffen. Diese Sicherheitsvorrichtung soll zumindest das Schließen des Auges und / oder gegebenenfalls ein Abwenden der Blickrichtung vom Aufpunkt des Wirklaserstrahls auf ein Ziel bewirken bzw. hervorrufen. Die Stcherheitsvorrichtung kann einen weiteren Laser als Warnlaser umfassen, der in einem sichtbaren Spektralbereich arbeitend kurz vor Einsatz des Wirklasers eingesetzt wird.

Lasereffektoren können als sehr präzise Waffen ausgeführt sein, welche die Wirkung auf einen sehr kleinen Fieck, einen so genannten Aufpunkt, auf dem Zielobjekt konzentrieren können. Des Weiteren kann es um den Aufpunki, je nach Laserleistung, Material und Oberflächenbe-schaffenheit des Zielobjekts, zu gerichteter und diffuser Reflexion der Laserstrahlung kommen. Auch diese Laserstrahlung kann unter Umständen augenschädlich sein.

Die nach internationaler Norm zulässige Laserleistungsdichte für die Bestrahlung (Expositionsgrenzwert EGW) des Auges liegt bei einer verwendeten Weilenlänge von 1,06 pm bei 50 W/m2

Bei einigen für Laserwaffen diskutierten Einsatzszenarien (Bekämpfung Pickup, Speedboot, Jetski etc.) kann nicht ausgeschlossen werden, dass bei Soldaten, Kombattanten und Zivilisten, die sich in der unmittelbaren Nähe des Aufpunktes aufhalten und / oder in Richtung der Reflexion bzw. Streuung des Laserstrahls (Wirklaserstrahl) vom Aufpunkt schauen, der EGW-Wert für das Auge überschritten wird. Der Blick in den direkten Strahl / Laserstrahl bzw. auf den Aufpunkt aus kurzer Entfernung kann zu einer Überschreitung des EGW und damit zu Schäden führen.

Mit der Thematik des Augenschutzes beschäftigt sich bereits die DE 693 06 078 T2. Diese beschreibt eine optische Laserzielvorrichtung mit wechselnder Abdunkelung des Laser- und Beobachtungsstahlganges. Ein bewegliches Element dunkelt den Laserstrahl ab, wenn der Zielstrahl nicht durch das bewegliche Element abgedunkelt ist. Dabei werden abwechselnd der Laserstrahl und der Zielstrahl in einer solchen Häufigkeit abgedunkelt, dass die Persistenz des Netzhautbüdes des Bedieners erhalten bleibt.

Die DE 601 08 174 T2 (EP 1 391 014B1) schlägt vor, eine Laserwaffe im augensicheren Wellenbereich arbeiten zu lassen.

Eine Einrichtung und ein Verfahren zur Erkennung von Laserstrahlung betrifft die DE 10 2012 221 164 A1. Darin wird die DE 14 97 569 A zitiert, bei der dem Benutzer eines Periskops über eine Warnlampe angezeigt wird, dass das Periskop auf eine Lichtquelle mit augenschädlicher Strahlung ausgerichtet ist. Die Schutzvorrichtung ist gegen Laserstrahlung in optischen Instrumenten anwendbar. Da jedoch nur direkt eintreffende Laserstrahlung nachgewiesen werden kann, schlägt die DE 10 2012 221 164 A1 vor, mit einer Einrichtung eintreffendes Licht aus einem größeren Raumwinkel auf die Anwesenheit von kohärenter, monochromatischer oder polarisierter Laserstrahlung zu überwachen und ein Warnsignal auszugeben.

Wenngleich diese Vorschläge praxistauglich erscheinen, ist eine Verwendung für die vorliegende Problematik des Augenschutzes bei Gewährleistung der Funktionssicherheit insbesondere als Laserwaffe (bzw. eines Waffenlasers) nicht praktikabel. Die vorgenannten augensicher ausgeführten Laser erfüllen die an einen Waffeniaser gestellten Anforderungen nicht bzw. haben deutliche Nachteile gegenüber beispielsweise einem Yb:YAG - Laser (Waffenlasern) bezüglich verfügbarer Laserleistung, erreichbarer Strahlqualität, Beleuchtungsdauer, Stabilität, Effizienz (elektrisch zu optisch), Verfügbarkeit etc.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Augenschaden, resultierend durch einen Blick in den direkten Strahl hoher Intensität eines Wirkiasers auszuschließen, zumindest jedoch diesem vorzubeugen.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine Person vor augenschädlicher Lichtstrahlung eines Wirklasers zu schützen und diese Person zu warnen. Neben diesem Warnen soll eine Augensicherheit dadurch geschaffen werden, dass entweder der Augenschlussrefiex zum Schließen des Auges angeregt wird, und / oder ein Abwenden der Blicklinie der Person(en) vom Aufpunkt und damit von der Streustrahlung oder der direkten Bestrahlung erfolgt. Vorgesehen ist, eine Schutzvorrichtung gegen auf ein Ziel / Objekt direkt oder indirekt (z.B. diffuse Streustrahlung} auftreffende Laserstrahlen zu schaffen.

Hintergrund der Idee ist, den EGW-Wertfür die der Streustrahlung von einem niedrigen Grenzwert des (offenen) Auges auf einen hohen Grenzwert der Haut (geschlossenes Auge) zu verschieben. Bei geschlossenem Auge liegt der EGW-Wert bei 1000 W/m2 (für menschliche Haut) und ist damit um einen Faktor 20 größer.

Als Schutzvorrichtung wird zum Wirklaser zusätzlich ein Laser betrieben, der in einem sichtbaren Spektra Ibereich arbeitet. Dieser Laser wird kurz vor Einsatz des Wirklasers eingesetzt. Durch diesen Einsatz soll ein Schließen der Augen der Person(en) und / oder ein Abwenden der Blickrichtung vom Aufpunkt des Wirklaserstrahls herbei geführt werden.

Alternativ kann durch Wahl der durch diesen Laser zu bestrahlenden Fläche die Sicht zum Aufpunkt unterbrochen bzw. die Sichtlinie zum Aufpunkt genommen werden. Bevorzugt wird ein Laser, der im grünen Spektralbereich arbeitet.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, der Person bzw. den Personen die zu erwartende Gefahr durch Aussenden eines roten Laserstrahls anzuzeigen. Dieser kann dann beispielsweise zur Signalgebung für die Personen gepulst werden. Eine derartig gepulste rote Laserstrahlung kann beispielsweise dann verwendet werden, wenn vorrangig nur ein Abwenden herbeigeführt werden soll.

Dieser Laser wird zusätzlich zum Wirklaser eingesetzt und dient vorrangig der Warnung, dass zeitversetzt der Wirklaser zum Einsatz kommen wird. Dabei kann es sich beim warnenden Laser um einen Dazzlinglaser (Dazzler), wie beispielsweise GLOW (Green Laser Optical Warner) handeln. Der Wirklaser kann ein Faserlaser (ca. 1-100 kW/cm2) sein. Alternative andere Laser kennt der Fachmann.

Der zusätzliche Laser bestrahlt bevorzugt mindestens die gleiche Fläche am Ziel, wie der Wirklaser. Je nach Vignette (militärisch: Kleinlage, Einsatzszenario) kann die durch den zusätzlichen Laser bestrahlte Fläche am Objekt / Ziel aber auch deutlich größer als die durch den Wirklaser bestrahlte Fläche sein, um so der Person oder den Personen die Sichtlinie zum Aufpunkt nehmen zu können. Die wenigstens eine Person im Wirkbereich des Wirklasers nimmt diese Bestrahlung wahr. Intuitiv wird diese Bestrahlung als eine Gefahr eingestuft. Die wenigstens eine Person wird aufgrund der Sichtbarkeit des Laserstrahls des zusätzlichen Lasers dem menschlichen Reflex folgen, dem so genannten Lidschlussreflex, und / oder die Blickrichtung von der Strahirichtung des zusätzlichen Lasers (Dazzinglaser) bzw. von Reflexionen vom bestrahlten Objekt / Ziel abwenden.

Erst nach einer vorbestimmten Zeit, in der Regel nach ca. 250 ms (Lidschiussreflex bzw. Zeit für das Abwenden), wird der eigentliche Wirklaser dann auf das Objekt / Ziel aufgeschaltet.

Durch diese zeitliche Vorwarnung durch den zusätzlichen Laser bzw. die zeitliche Verzögerung des Einsatzes des Wirklasers nach dem Wirksamwerden des zusätzlichen Lasers ist es möglich, eine Schädigung der Personen durch die Strahlung des Wirkiasers bzw. deren Streustrahlung vom Aufpunkt zu vermeiden, zumindest jedoch zu minimieren. Eine Schädigung kann dadurch deutlich reduziert werden. Insbesondere im erfolgreichen Fall des Augen-schließens ist eine Vermeidung von (dauerhaften) Schäden gegeben, da nun der deutlich höhere EGW-Wert für die Haut (geschlossene Augen) verantwortlich zeichnet.

Durch diese Lösung können Wirklaser in Vignetten eingesetzt und das Risiko für Personen (wie Soldaten, Kombattanten, Zivilisten etc.) deutlich reduziert werden.

Der zusätzliche Laser (Dazzinglaser) kann sowohl achsparallel in der optischen Achse als auch abgesetzt vom Wärklaser eingesetzt werden. Der zusätzliche Laser kann zusätzlich auch als Beleuchtungslaser für den Wirklaser eingesetzt werden.

Mit dem zusätzlichen Laser wird eine Abstufung der Eskalation erreicht, da die Personen vorab optisch gewarnt werden.

Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung auch für einen Wirklaser in der Materialbearbeitung etc., d.h., auch in zivilen Bereichen eingesetzt werden kann.

Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen skizzenhaft ein Ziel (Target) 10, das durch wenigstens ein Lasersystem, hier durch einen Wirklaser 1 , bekämpft werden soll. Dem Wirklaser 1 ist eine Strahlführung 1.1 zugeordnet. Der Wirklaser 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Laserwaffe zur Bekämpfung des Ziels 10.

Mit 14 ist ein Wirkbereich gekennzeichnet, der beim Einsatz des Wirklasers 1 um das Ziel 10 entsteht. Wie den Fig. entnehmbar ist, befindet sich zumindest ein gefährdetes Objekt 12, hier wenigstens eine Person 12 im Wirkbereich 14 des Wirklasers 1 bzw. im Wirkbereich 14 dieser Laserstrahlung.

Um zu vermeiden, dass bei der Person 12 durch die Laserstrahlung des Wirklasers 1 Augen-verietzungen etc. hervorgerufen werden könnten, ist eine Schutzvorrichtung 100 vorgesehen. Diese Schutzvorrichtung 100 hat die Aufgabe, der Person 12 eine gefährliche Situation zu signalisieren. In der bevorzugten Ausführung soll dieses Signal dazu führen, dass die Person 12 die Augen automatisch (menschliche Reaktion z.B. auf Helligkeit) schließt.

Als Schutzvorrichtung 100 wird in der bevorzugten Ausführung ein zusätzlicher Laser 2 mit einer Strahiführung 2.1 vorgesehen. Dieser Laser 2 wird vorrangig als Warnlaser betrieben.

Dieser zusätzliche Laser 2 kann gemäß der Fig. 1 abgesetzt vom Wirklaser 1 arbeiten. Der Wirklaser 1 und der zusätzliche Laser 2 sind zueinander und zum Ziel 10 beabstandet.

Gemäß Fig. 2 sind der Wirklaser 1 und der zusätzliche Laser 2 achsparallel zueinander ausgerichtet. Beide befinden sich bevorzugt in unmittelbarer Nähe zueinander.

Im Ausführungsbeispiei nach Fig. 3 verwenden der Wirklaser 1 und der Warnlaser 2 dieselbe Strahlführung 3. Die eigene Strahlführung 1.1 bzw. 2.1 kann entfallen, da der zusätzliche Laser 2 und der Wirklaser 1 nicht zeitgleich sondern nacheinander betrieben werden. Eine Umschal-tung auf die Strahlführung 3 kann vorgesehen sein.

Beim Wirklaser 1 kann es sich um einen Faserlaser (z.B. Yb:YAG - Laser) handeln. Der zusätzliche Laser 2 kann ein Dazzlinglaser sein. Dieser Dazzlinglaser kann im grünen Spektralbereich arbeiten. Während der Wirklaser 1 bevorzugt im Bereich von 1-100 kW/cm2 arbeitet, liegt die Leistung eines Dazzinglasers bevorzugt bei 1-100 mW/cm2.

Die Funktionsweise ist wie folgt:

Vorab sollte der Wirkbereich 14 des Wirklaser 1 ermittelt werden, der je nach Aufbau des Wirklasers 1 verschieden sein kann, wenn dieser nicht bekannt ist.

Zumindest dieser Wirkbereich 14 des Wirklasers 1 wird dann auf Personen 12 hin überwacht. Die Überwachung kann visuell oder mittels Sensoren (nicht näher dargestellt) durchgeführt werden. Wird wenigstens eine Person 12 innerhalb dieses Wirkbereichs 14 des Wirklasers 1 detektiert, visuell oder mittels der Sensoren, erfolgt vor einer möglichen Betätigung des Wirkia-sers 1 ein Zuschalten des zusätzlichen Lasers 2. Dieses Zuschalten kann manuell vorgenommen werden. Auch eine automatische Zuschaltung, beispielsweise aufgrund der in einer Steuereinheit (nicht näher dargestellt) verarbeiteten Sensordaten, ist möglich.

Durch Aussenden eines sichtbaren Lichtstrahls durch den zusätzlichen Laser 2 wird die wenigstens eine Person 12 darauf hingewiesen, dass diese sich in einem gefährdeten Bereich befindet. Der sichtbare Lichtstrahl wird in diesem Fall als Warnsignals ausgesandt. Das Warnsignal kann ein grüner, roter oder ein anders farbiger Lichtstrahl sein.

Mit dieser Information wird die Person 12 vor einer Gefahr gewarnt. Dadurch kann erreicht werden, dass die wenigstens eine Person 12 zumindest zum Schließen des Auges und / oder ein Abwenden der Blicklinie der Person(en) vom Aufpunkt 13 und damit von der Streustrahlung oder der direkten Bestrahlung des nachfolgend zugeschalteten Wirklasers 1 angeregt wird.

Erst nach einer vorbestimmten Zeit, also nach dem Zuschalten des zusätzlichen Lasers 2, in der Regel nach ca. 250 ms, wird der eigentliche Wirklaser 1 dann auf das Objekt / Ziel 10 aufgeschaltet. Dieses Aufschalten kann bevorzugt durch die Steuereinheit initiiert werden.

Der zusätzliche Laser 2 kann zusätzlich oder alternativ als Beleuchtungslaser des Wirklasers 2 seinen Einsatz finden.