Fragen zu Laserpointer: Leistung, Sichtbarkeit, Gefährdungsgrad

[oberallgeier]

Laser(dioden) der Klasse 1 gelten als ungefährlich im offenen Betrieb. Für rote Laser wären das also ca. 0,3 mW (http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Maximal_zul%C3%A4ssige_cw-Leistungen_nach_EN_60825-1.de.png) . Ich hatte aber auch schon Empfehlungen von 25µW bei ungeschütztem Betrieb gelesen.

Test.
Ein vorhandener, einfacher, roter Laserpointer, vermutlich cw, wurde ans Labornetzteil gehängt und vermessen. Standardmässig läuft der mit 3 Stück LR44, sprich rund 4,5 V, am Label steht "Leistung max 1 mW". Die beobachtete Divergenz liegt, geschätzt, im Standardbereich von ca. 1 mrad => Strahldicke nimmt 1 mm/m zu.

Messergebnisse :
Spannung 4,0 V => Stromaufnahme 16±2 mA, sprich rund 50 .. 60 mW LeistungsAUFNAHME. Der Wirkungsgrad liegt (2011, lt. Wikipedia) bei roten Laserdioden bei 70%.
Spannung 2,0 V => Stromaufnahme 3,0± 0,2 mA, sprich rund 5 .. 6 mW aufgenommene und rund 3 mW abgegebene Leistung (siehe unten zu Wirkungsgrad).
Ich habe nicht gemessen ob und wie die Laserdiode gepulst wird.
Ich nehme an, dass mit der drastischen Verringerung der Versorgungsspannung der Wirkungsgrad der Lichtleistung in Bezug zur aufgenommenen elektrischen Leistung stark absinkt.

Im ersten Fall ist die Lichtausbeute sehr gut, der Punkt ist trotz der simulierten schwachen Batterie auf verschiedenen (nicht schwarzen und nicht sehr matten) Oberflächen bei Abständen bis 5 m sehr gut zu sehen. Bei 2V ist der Lichtfleck dramatisch dunkler. Es ist also zu vermuten, dass ein Laserpointer geringer Leistung - Klasse 1 - nicht genug Licht liefert, das Messresultat ist für mich daher ein Hinweis aufauf die verbreitet hohe Leistung der Teile.

Das Messergebnis wirft bei mir die Frage auf:

Welche Energiedichte (W/Sr - Watt pro Steradiant, evtl. Watt/mm²) brauche ich von der menschlichen Physiologie her um den Leuchtfleck noch sauber sehen zu können? Oder, weitergeführt: bei welche Eingangsleistung eines roten Laserpointers kann ich den Lichtfleck noch gut erkennen (Annahme: Wirkungsgrad des roten Lasers ca. 70%). Meine Internetrecherche hatte erstmal nichts Brauchbares ergeben.
Schließlich: ist der obige, einfache Test vertrauenswürdig oder wie kann er deutlich verbessert werden?

Wer kann bitte dazu vertrauenswürdige Angaben machen (Quelle ??).
Danke im Voraus.

[Slowly]

Schau mal bei www.laserfuchs.de unter FAQ. Dort werden einige Fragen beantwortet.

[Klebwax]

Zur Energiedichte etc. kann ich nicht viel beitragen, möglicherweise aber etwas zu deiner Messung.

Laserdioden sind wie LEDs stromgesteuert. Eine Stromquelle für Arme ist ein Widerstand, den sich manche auch noch sparen. Insbesondere beim Betrieb von LEDs und auch Lasern an kleinen Knopfzellen lebt diese Konstrukt dann vom signifikanten Innenwiderstand dieser Batterien. Da liegt man dann bei Messungen am Labornetzteil daneben. Auch das Einschleifen eines Amperemeters ist nicht trivial. Diese haben im mA Bereich auch einen nicht vernachlässigbaren Innenwiderstand, der den Strom beeinflußt. Ob dein Laserpointer so einer ist?

Aber auch wenn ein Vorwiderstand eingebaut ist, geht der Innenwiderstand der Zellen in die Stromrechnung ein. Deine
... der Punkt ist trotz der simulierten schwachen Batterie ... Batterie ist möglicherweise garnicht schwach sondern wegen des geringen Innnenwiderstand deines Netzteils sogar (zu) stark.

Zweitens braucht eine Laserdiode einen Mindesstrom, ansonsten ist sie eine Art LED. Hier (www.ichaus.de/Grundlagen_Lasertreiber) steht dazu einiges. Deine "2 V Messung" könnte bedeuten, daß die Diode nicht lasert.

MfG Klebwax

[oberallgeier]

Danke für den Link und die Ratschläge. Ohhh, Mann, Klebwax, schlimm, wenn man das Eine oder Andere weiß, wissen sollte,müsste - aber es ist eben nicht parat hat. Ist wie Nicht-Wissen. Danke, so ein bisschen bin ich jetzt weiter.

[Manf]

Es ist oben von Laserdioden und von Laserpointern die Rede.
Laserpointer, auch einfache, werden im allgemeinen mit Regelung der optischen Ausgangsleistung ausgrüstet.
Die Kennlinie eines Laserpointers sieht damit anders aus als die einer Laserdiode.
Ganz grob beschrieben sind Laserponter auf unter 1mW/mm2 eingestellt, die Intensität die die auch Sonnenstrahlung hat und damit zumindest kurzzeitig ungefährlich sein wird.
Vielleicht kann man auch daraus einges ableiten.

[Besserwessi]

Die 70% Wirkungsgrad für eine rote LD sind mehr so etwas wie ein Rekordwert - normal hat man vor allem bei den kleinen deutlich weniger. Bei den etwas besseren Laserpointern ist auch ein Begrenzung der Leistung drin, damit es nicht über die 0,3 oder 1 mW geht . je nachdem was für ein Pointer.

Die Tatsächliche Intensität kann man vergleichsweise einfach nachmessen mit eine genügend großen Fotodiode oder Solarzelle. Die Empfindlichkeit schwankt da nur relativ wenig von Exemplar zu Exemplar und auch zwischen den Typen. Rot gibt halt üblicherweise 80-98% Quantenwirkungsgrad.

Was man noch sehen kann, hängt sehr stark vom Hintergrundlicht ab. Es ist mehr eine Frage des Kontrastes als der absoluten Helligkeit. Von daher ist auch die Farbe des Untergrundes nicht so wichtig, solange der homogen ist. In der Sonne braucht man da ggf. schon 0,1 mW. Das dunkel adaptierte Auge kann dagegen schon minimale Lichtmengen feststellen (Bereich fW). Für den Punkt reichen dann schon ein paar nW, ja nach Abstand zu Beobachter.

[Slowly]

Besonders interessant fand ich beim von mir genannten Link die Info:
"Das menschliche Auge ist für 635nm etwa doppelt so empfindlich, wie für 650nm.
Das beudetet ganz einfach:
Weniger Leistung bei gleicher Sichtbarkeit und damit geringeres Gefahrenpotenzial."
Solche Laser setze ich für Positionierungsaufgaben ein und kann das auf jeden Fall
bestätigen.

Ich biete Dir gerne an die Leistung Deiner Laserdiode auszuloten.
Hab´ein Coherent Messgerät der bis zu 120W macht im Schrank.

Viele Grüße
Slow

[oberallgeier]

Danke Slowly, Klebwax, Manf und Besserwessi für eure Beiträge.

Mal zur Erklärung worum es geht. Eine Gruppe von Primanern arbeitet bei einem Jugend-forscht-Projekt mit Abstandsmessgeräten mittels Infrarot (Sharp) und Ultraschall (devantech). Die Messwerte werden für Navigationsaufgaben benutzt. Es geht um Messungen im Nahbereich zwischen knapp 1 m bis unter 10 m. Die Laserdiode soll als Laserpointer in der Entwicklungsphase den momentanen Zielpunkt der verschiedenen Sen soren markieren um möglichst schnell Problemfälle bzw. Vertrauensprobleme bei den Messungen erkennen zu können. Sowohl bei IR als auch bei US ist ja nicht zu erkennen, wie die aktuelle Zielrichtung verläuft. (Anmerkung: es ist weitab von waffentechnologischen Arbeiten).

Da die Messeinrichtung im Freifeld benutzt wird, in dem sich auch unbeteiligte Personen bewegen, werden wir diese Zielkontrolle/-markierung nur einsetzen, wenn wir für absolute Sicherheit garantieren können. Es ist also ein Hilfsmittel für das eigentliche Projektziel; wenns keine befriedigende Sicherheit gibt, wird dieses Gimmick nicht eingesetzt. Dann muss die Vertrauenswürdigkeit der Messungen in den absehbar möglichen Fällen durch Nachstellen/Laboraufbauten erarbeitet werden.

Egal wie die Geschichte ausgeht, ich werde auf alle Fälle nach Ende des Projektes, voraussichtlich Anfang 2015, das eigentliche Projekt wenigstens kurz beschreiben.


... Auge ist für 635nm etwa doppelt so empfindlich, wie für 650nm ... kann das auf jeden Fall bestätigen ...Dies ist vermutlich darin begründet, dass die L-Zapfen im Auge bei dieser Wellenlänge nicht mehr beim Maximum ihrer Empfindlichkeit sind und die publizierte Empfindlichkeitskurve an dieser Stelle mit zunehmender Wellenlänge drastisch abfällt.

Danke malthy für die Korrektur.
Korrektur: aus "... dass die L-Stäbchen im Auge ..." wird " ... dass die L-Zapfen im Auge ... "

[malthy]

Dies ist vermutlich darin begründet, dass die L-Stäbchen im Auge bei dieser Wellenlänge nicht mehr beim Maximum ihrer Empfindlichkeit sind und die publizierte Empfindlichkeitskurve an dieser Stelle mit zunehmender Wellenlänge drastisch abfällt.

Ja, genau. Der M-cone (Zapfen, nicht Stäbchen!) sieht da oben fast nichts mehr, der L-cone ist bei 650 nm schon auf ca. 15% Absorption runter, die steigt bis 635 nm dann grob auf 30% - also das Doppelte - an. Kommt über den Daumen gepeilt also schon hin.

[Besserwessi]

Die Sichtbarkeit des Laserpunktes kann man noch etwas verbessern, wenn man den Laser mit vielleicht 1 Hz oder so moduliert. Das Blicken fällt oft mehr auf ein ein konstanter Punkt. Ein anderer Punkt ist es ein Brille zu nutzen, die nur das Rote Licht durchlässt. So etwas gibt es für die Verwendung mit Laser Wasserwagen und ähnlichem auch fertig zu kaufen, sonst ggf. auch einfach ein rote Folie.

[oberallgeier]

... Primanern bei einem Jugend-forscht-Projekt mit Abstandsmessgeräten mittels Infrarot (Sharp) und Ultraschall (devantech). Die Messwerte werden für Navigationsaufgaben benutzt ... werde ... voraussichtlich Anfang 2015, das eigentliche Projekt wenigstens kurz beschreiben ...Das Projekt (https://www.roboternetz.de/community/threads/65596-Fragen-zu-Laserpointer-Leistung-Sichtbarkeit-Gef%C3%A4hrdungsgrad?p=604602&viewfull=1#post604602) hat einen vorläufigen Abschluss gefunden: erster Preis Regionalwettbewerb Jugend forscht, Sonderpreis für Projektbeschreibung, Sonderpreis für Technik und zwei Fünfhunderter für die Schule der Jungs. Der erste Preis bedeutet auch die Fahrkarte zum Landeswettbewerb.

Minimalistische Projektbeschreibung: Orientierungshilfe für Sehbehinderte, realisiert als Klick-Up-Kästchen mit zwei optischen, einem US-Sensor, Akku, Lautsprecher etc. Sensor en werden mit m328p(babyorangutan) eingelesen, Glaubwürdigkeitsprüfung, akustische Ausgabe mit Tonmodulation (optischer Sensor) und überlagerter Ein-Aus-Modulation (Ultraschall); je kürzer der Abstand desto höher die Frequenz. Encoderrädchen zur Einstellung und Parameterisierung von Sensorik und Lautstärke mit verbaler, akustischer Ausgabe der Vorgänge.

Zum Laser: die aktuelle Lösung, die uns recht gut beruhigt, ist die angepasste Anwendung des deutlich zu energiereichen Pointers. Die Fokussiervorrichtung wird so eingestellt, dass der Laser ab etwa 1 m Abstand eine Auffächerung auf rund 2cm x 5 cm erfährt; ausserdem wird im Betrieb eigentlich ausschließlich auf den Boden gezielt und der Laser wird durch einen Taster nur durch ne bewusste Aktion eingeschaltet. Der Leuchtfleck ist gut sichtbar (der Kameramann des Fernsehteams war begeistert). Der Leuchtfleck dient bei Vorführungen (für Sehende) als Beleg für das Zielgebiet der Sensoren. Damit kann man gut die Funktion testen, optimieren und auch präsentieren, wie sich die aktustische Ausgabe schon bei kleinen Erhebungen selbst für ungeübte Ohren verändert.

Danke für Eure Tipps - die ich eins zu eins an die Jungs weitergegeben hatte.