Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety

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1 Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety

2 Inhalt Content Über 30 Jahre Erfahrung im Laserschutz 3 1. Laser Elektromagnetische Strahlung Warum Laserschutz? 8 2. Laserschutzvorschriften Laserklassen nach der EN /(November 2001) Laser-Betriebsarten Vollschutz und Justierschutz Laserschutznormen weltweit 18 Die Welt des Laserschutzes nach amerikanischem Standard (ANSI) 18 Die Welt des Laserschutzes nach europäischem Standard (EN 207/208/60825) Bedeutung des CEund GS-Zeichens Laserschutztechnologie Grundlagen optischer Filter Absorptionsfilter aus Glas oder Kunststoff Reflexionsfilter (Interferenzschichten auf Glas- oder Kunststoffscheiben) Zusätzliche Anforderungen an qualitativ hochwertige Laserschutzfilter Allgemeine Hinweise zur Behandlung und Pflege Qualität und Sicherheit bei LASERVISION Die Welt der LASERVISION Produktvielfalt und -auswahl Ausblick 43 Häufige Fragen 44 More than 30 Years Experience in Laser Safety 3 1. Laser Electromagnetic Radiation Why Laser Safety 8 2. Laser Safety Regulations Laser Categories According to EN (November 2001) Laser Operation Modes Full Protection and Alignment Protection Safety Norms in the World 18 The World of Laser Safety according to the American Standard (ANSI Z136) 18 The World of Laser Safety in Europe (EN 207/208/60825) What does CE and GS mean? Laser Safety Filter technology Basics of optical filters Glass and Plastic Absorption Filters Reflection filters (interference layers on glass- or plastic substrates) Additional requirements on high quality protection laser safety filters Instructions for care and cleaning Quality and Service from LASERVISION The World of LASERVISION Product range and product selection Future prospects 43 Frequently Asked Questions 44 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

3 Über 30 Jahre Erfahrung im Laserschutz More than 30 Years Experience in Laser Safety Schon vor mehr als 30 Jahren fertigte die Firma Rupp+Hubrach Schutzbrillen gegen Laserstrahlung wurde von den Firmen uvex (Arbeitsschutz) und Rupp+Hubrach (Brillenglas) die Firma LASERVISION als Joint Venture gegründet. Heute gehört die LASERVISION GmbH & Co. KG mit über 30 Mitarbeitern zu 100 % zur uvex Gruppe. Arbeits- und Laserschutz ergänzen sich hier unter dem Dach der UVEX SAFETY GROUP optimal und für die Kunden werden vielfältige Synergieeffekte nutzbar. Durch fortschrittlichste Technologie und ein großes Produktportfolio wurde LASERVISION gemeinsam mit der Schwesterfirma LASERVISION USA zu einem der führenden globalen Unternehmen im Bereich Laserschutz. LASERVISION betreut Already 30 years ago the company Rupp+Hubrach has built safety goggles against laser radiation. In 1987, LASER- VISION was founded as a joint venture of UVEX Safety group and Rupp+Hubrach and became with more than 30 employees a wholly-owned subsidiary of the UVEX Safety Group in The synergy inherent in a partnership between the protective work equipment manufacturer and the laser safety eyewear specialist brings significant benefit to all laser safety customers. Advanced technology and a comprehensive portfolio of products have positioned LASERVISION and it s sister company LASERVISION USA as one of the leading global manufacturers of laser safety eyewear. Customers in the Eastern hemi- Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety 3

4 Einleitung Introduction Über 30 Jahre Erfahrung im Laserschutz More than 30 Years Experience in Laser Safety dabei hauptsächlich die Märkte mit CE Standard der Eastern Hemisphere, während LASERVISION USA den in der Western Hemisphere geltenden ANSI Standard bedient. Unter der Marke laservision und dem Claim WE PROTECT YOUR EYES wird weltweit normgerechte Spitzentechnologie für alle Produktsortimente und Zubehörartikel im Bereich Laserschutz entwickelt, produziert und vertrieben. Eigene Laserschutz-Forschung und -Entwicklung Als kompetenter Partner im Bereich Laserschutz ist LASERVISION aktiv in den verschiedensten nationalen und internationalen Normungsgremien engagiert (weltweit: ISO/TC94/SC6 Occupational Eye- Protection; Europäische Ebene: TC85 Eye-Protective Equipment; nationale Ebene: Normenausschuss Feinmechanik und Optik NaFuO/AA Augenschutz). Darüber hinaus ist LASERVISION an internationalen Forschungsprojekten im Laserschutz beteiligt (z.b. SAFEST, VELP) und arbeitet eng mit Forschungsinstituten im In- und Ausland zusammen. Die dabei gewonsphere with markets requiring CE certification will be served by LASERVISION (Germany), whereas LASERVISION USA supports laser users in the Western hemisphere which recognises the ANSI Standards for the Safe Use of Lasers. Under the logo laservision and with the claim we protect your eyes leading edge laser protection technology for all laser safety product ranges and accessories are being globally developed, produced and distributed according to the relevant standards. Laser Safety Research and Development By actively engaging with various national and international standardisation institutes for laser safety regulations (international level: ISO/TC94/SC6 Occupational Eye-Protection; European level: TC85 Eye-Protection Equipment; national level: Normenausschuss Feinmechanik und Optik NaFuO/AA Augenschutz), LASER- VISION has become a competent partner in laser safety. In addition LASERVISION participates in international research projects for laser safety (e.g. SAFEST, VELP). A close cooperation with scientific research 4 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

5 Über 30 Jahre Erfahrung im Laserschutz More than 30 Years Experience in Laser Safety nenen Erkenntnisse fließen über die eigene Produktentwicklung von LASERVISION unmittelbar in neue Produkte ein. Somit profitieren die Kunden und Nutzer von LA- SERVISION unmittelbar vom neuesten Stand der Technik. Unternehmensphilosophie Für uns als LASERVISION steht die Lösung Ihres Laserschutzproblems im Fokus unserer täglichen Arbeit. Wir betrachten die enge, vertrauensvolle und serviceorientierte Zusammenarbeit mit unseren langjährigen und neuen Kunden als besonders wertvoll und erhaltenswert. Ein offener Informationsaustausch ist für laser- VISION die wichtigste Grundlage dieser Beziehung. Um die hohen, in uns gesetzten Erwartungen zu halten und zu erfüllen, setzen wir auf Teamarbeit unserer Mitarbeiter. Die fachliche Kompetenz und Erfahrung, das Engagement und die Motivation von LASERVISION sind für Sie als Kunden der Garant für Spitzenprodukte, höchste Qualität und Zuverlässigkeit das ist unser täglicher Anspruch! institutes in Germany and Europe has been established and allows the transfer of knowledge gained in this work to LASER- VISION s own products. Due to this cooperation customers of LASERVISION always benefit directly from the state of the art in science and technology. Company Philosophy The key to the success of LASERVISION is people. For us the solution of your laser safety problem is the daily focus of our work. Our dedicated and motivated employees are responsible for achieving the exceptional levels of innovation, service and quality for which LASERVISION is well known. With effective teamwork and committed leadership we will continue to provide effective laser safety solutions for our customers worldwide. In partnership with our customers the people of LASER- VISION will continue to lead the world in laser protection this is what you can rely on. Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety

6 Laser 1. Laser 1. Laser 1.1 Elektromagnetische Strahlung 1.1 Electromagnetic Radiation Elektromagnetische Strahlung ist als natürliches Phänomen in fast allen Bereichen des täglichen Lebens zu finden. Wärmestrahlung, Röntgenstrahlung sowie durch radioaktiven Zerfall hervorgerufene γ Quanten sind nur einige Beispiele. Elektromagnetische Strahlung entsteht aber auch künstlich an Sendemasten z.b. für Mobilfunk oder Fernsehen. Sie breitet sich ähnlich wie Schall wellenförmig aus und wird durch die Bewegung von Ladungen zueinander hervorgerufen. Im Unterschied zu Schall benötigt die elektromagnetische Strahlung jedoch kein Medium zur Ausbreitung. Elektromagnetische Strahlung im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich wird allgemein als Licht bezeichnet. In diesem ursprünglichen Sinn setzt sich Licht aus der elektromagnetischen Strahlung der Wellenlängen im Bereich von etwa 380 nm bis 780 nm (nm = Nanometer = ein Milliardstel Meter) zusammen. Dieses wird als das sichtbare Spektrum bezeichnet, welches in seiner Gesamtheit als weißes Licht erscheint. Fällt weißes Licht auf ein optisch dispersives Element (z.b. ein Prisma), werden durch die Lichtbrechung die Farben des Spektrums sichtbar. Dieses reicht vom kurzwelligen Violett über Blau, Grün, Gelb, bis hin zum langwelligen Rot. Am langwelligen Rotbereich des Spektrums schließen sich die Infrarot- und am kurzwelligen Blaubereich die Ultraviolettwellen an. Wie jedes andere Licht besteht auch Laserstrahlung aus elektromagnetischen Wellen. Der Begriff Laserlicht beschreibt je- Electromagnetic radiation is found as a natural phenomenon in almost all areas of daily life. Some examples are thermal radiation (in the form of warmth), x-rays and γ-rays emerging from radioactive decomposition. Electromagnetic radiation is also artificially generated by radio transmitters or mobile phones. It travels in waves like sound and is produced by the movement of charged particles. In contrast to sound, electromagnetic radiation does not need a medium in which to travel. Electromagnetic radiation within the range visible to the human eye is commonly called light. In this general sense light consists of electromagnetic radiation in the wavelength range between 380 and 780 nm (nm = nanometer = one billionth of a meter). This range is designated as the visible spectrum. When all wavelengths in the visible spectrum are emitted simultaneously, this is perceived as white light. When white light falls on an optically dispersive element such as a prism or birefringent filter the colours of the spectrum can be seen due to refraction. It starts at the short wave as the colour violet, turning to blue, green, than yellow and goes to the long wave, which appears as red. Beyond the long wave (red) of the spectrum is the near and far infrared range. Below the shortwave range (blue) is the ultraviolet range. Laser radiation like all light consists of electromagnetic radiation as well. But the term Laser- light re- 6 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

7 Elektromagnetische Strahlung Electromagnetic Radiation Licht visible Light Gammastrahlen Gamma- Rays 0,001 0,01 0,1 Röntgenstrahlen X-rays 1 10 UV IR Radiowellen Radiowaves Radar Spektrum elektromagnetischer Strahlung Spectrum of electromagnetic radiation nm µm mm s Wellenlängen Wavelengths t doch einen wesentlich größeren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der sich von 150 nm bis zu 1 mm, also vom harten UV- bis hin zum infraroten Licht, erstreckt. fers to a much broader range of the electromagnetic spectrum: between 150 nm up to nm, i.e. from UV- light up to far infrared light. Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety

8 Laser 1.2 Warum Laserschutz? 1.2 Why Laser Safety Es ist möglich, das Licht leistungsstarker Laser so stark zu bündeln, dass Leistungsdichten (= Leistung pro Fläche) erreicht werden, die hoch genug sind, um Metalle zu schneiden oder Keramik zu verdampfen. Im Medizinbereich werden mit Laserstrahlung z.b. Tattoos entfernt oder Gewebe geschnitten. Diese Anwendungen zeigen beispielhaft die Möglichkeiten des kontrollierten Einsatzes hochenergetischer Laserstrahlung. Ein großes Gefahrenpotential liegt dagegen in der unbeabsichtigten, zufälligen Bestrahlung des Menschen. Dabei sind besonders die Augen gefährdet, da sie wesentlich empfindlicher auf Licht reagieren und bereits bei einem Blick in einen Laserstrahl mit geringer Leistung die Gefahr einer irreversiblen Erblindung besteht. Was macht einen Laser im Vergleich zu gewöhnlichen Lichtquellen so gefährlich? Die einzelnen Wellenzüge der Strahlung eines Lasers stehen zueinander in einer festen Orts- und Zeitbeziehung. D.h. sie sind räumlich kohärent und besitzen nahezu die gleiche Wellenlänge (monochromatisch). Das bedeutet, dass das Laserlicht sowohl von der Richtung, in die es sich ausbreitet, als auch von der Wellenlänge sehr geordnet und regelmäßig ist. Daher kann sich Laserlicht über sehr weite Strecken annähernd parallel ausbreiten (kollimierter Strahl) und die Leistung, die auf eine Fläche, z.b. das Auge trifft, ist nahezu unabhängig vom Abstand zur Strahlquelle selbst. Zum Beispiel ist der Licht- The light from powerful lasers can be concentrated to power densities (power per area or watts/cm 2 ) that are high enough to evaporate tissue, metal or ceramics. In the medical field laser radiation is used to remove tattoos or to cut human tissue. These examples show a range of applications which require high power lasers and as such there is a high potential risk of accidental illumination of the user. Because the eyes are much more sensitive to light they are at increased risk. In fact, it is possible to cause irreversible ocular injury with just one glance into a direct or reflected laser beam even at lower power output levels. What makes lasers dangerous compared to conventional light sources? Wave trains of any given laser radiation have a fixed relation to time and space (coherent) and are all of nearly the same wavelength (monochromatic). Laser light can travel over great distances as a nearly parallel beam (collimated). All of this means that the power that can impact an area such as the eye is independent of the distance to the radiation source. Imagine a laser pointer with a beam spot that remains about the same size over great distances. If you compare a thermal source of radiation like a light bulb with a laser you will observe several differences. The light bulb emits light over a very broad spectrum of wavelengths with no specific direction of dispersion. The power of the bulb laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

9 Warum Laserschutz? Why Laser Safety 1 W 1m 1 W LASER 6 µw 1 W fleck eines Laserpointers stets etwa gleich groß, unabhängig vom Abstand zur Wand. Im Vergleich dazu strahlt eine thermische Lichtquelle, wie z.b. eine Glühlampe, Licht eines breiten Wellenlängenspektrums ab und hat auch hinsichtlich der Ausbreitung keine Vorzugsrichtung. Allein durch die Abstrahlung der Glühlampe in alle Raumwinkel nimmt die optische Leistung, die in das Auge treffen kann, mit zunehmendem Abstand ab. Bei einer angenommenen optischen Leistung von 1W und einem Abstand von 1m zwischen Lichtquelle und Auge ist die auf die Pupille auftreffende Leistung eines dünnen Laserstrahls im Vergleich zum Licht einer Glühlampe um den Faktor größer. Hierbei wird ein Pupillendurchmesser von 7mm, d.h. ein an Dunkelheit adaptiertes Auge angenommen. Eine weitere Gefahr ist neben der auftreffenden Energie bzw. Lichtmenge die sehr gute Fokussierbarkeit des kohärenten Laserlichts. Während die Glühlampe auf der Netzhaut des Auges ein etwa 100 µm großes Bild erzeugt, wird das Laserlicht auf einem Brennfleck von nur wenigen Mikrometern (~10 µm) konzentriert. Physikalisch ausgedrückt emittiert eine Glühbirne inkohärentes Licht. Die Lichtleistung des Lasers, die ins Auge trifft, wird somit auf eine wesentlich kleinere Fläche konzentriert. Die dadurch entstehende Leistungsdichte (Leistung pro Fläthat may reach the eye decreases with distance because the bulb radiates in all directions. When comparing a light bulb with a laser, both emitting 1 W optical power, and if there is a 1 meter distance between our eyes and the light source, then the quantity of light coming from the laser would be increased by a factor of 100,000 compared to the light quantity from the bulb (this assumes a normally dilated pupil diameter of 7 mm i.e. eyes adapted to darkness). In addition to the quantity of light that can hit the eye the high focus ability of the coherent laser light is another danger. While the bulb creates an image on the retina of approximately 100 μm, the laser light is reduced to a spot of just a few micrometers (~ 10 μm) in diameter. A physicist would say that the bulb produces incoherent light. Therefore, the light quantity of a laser that hits the eye is concentrated on a much smaller spot. The power density (power per area or watts/cm 2 ) resulting from this concentration may be sufficiently high, so that any tissue in the focus will be heated up and very quickly destroyed. Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety

10 Laser Warum Laserschutz? Why Laser Safety che) ist so hoch, dass Gewebe, welches sich in diesem Brennpunkt befindet, sehr schnell aufgeheizt und zerstört wird. Die Stelle des schärfsten Sehens des Auges auf der Netzhaut der gelbe Fleck (Fovea) ist allerdings ebenfalls nur wenige Mikrometer groß, so dass man bereits durch einen einzigen Laserimpuls erblinden kann. Welchen Einfluss hat die Laserwellenlänge auf das Auge? Die Gefahr durch Laserstrahlung zu erblinden, ist vor allem durch die optischen Eigenschaften des Auges geprägt. Betrachtet man die unterschiedlichen Eindringtiefen von Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge, so stellt man fest, dass das Auge lediglich im Wellenlängenbereich zwischen 370 nm und 1400 nm transparent ist. UV-Licht, unterhalb von 350 nm, dringt entweder nur bis zur Augenlinse ein oder wird bereits an der Oberfläche des Auges absorbiert. Die Folge einer Bestrahlung des Auges mit dem energiereichen Licht in diesem Wellenlängenbereich ist eine Verletzung der Augenhornhaut durch Abtrag (Ablation) oder eine Linsentrübung (grauer Star). Im sichtbaren Wellenlängenbereich (380 nm 780 nm) dringt das Licht bis zur Netzhaut. Das Auge ist empfindlich gegenüber der Strahlung und der Mensch hat einen natürlichen Schutzmechanismus entwickelt. Wenn das Licht zu grell erscheint, die Leistungsdichte folglich für das Auge eine Gefahrenschwelle übersteigt, dann Since the fovea (responsible for sharp central vision and located on the retina) also has a size of just a few micrometers, it is possible to lose one s eyesight by one single laser pulse. How do Laser Wavelengths Affect our Eyes? The risk of losing the eyesight from an accidental exposure to laser radiation is due to the special optical properties of the human eye. When looking at the different depths of penetration in relation to the wavelengths it can be seen that the eye is transparent only in the wavelength range between 370 and 1400nm. UV-light below 350nm either penetrates to the lens or is absorbed at the surface of the eye. A consequence of exposure to high power light at these wavelengths is an injury to the cornea by ablation or a cataract. Light in the visible wavelength region ( nm) penetrates to the retina. The eye is sensitive to radiation and humans have developed natural protective mechanisms. When the light appears too bright, which means the power density exceeds the damage threshold of the eye we automatically turn away and close our eyes (i.e. aversion response or blink reflex). This automatic reaction is effective for radiation up to 1mW power. With higher power levels, too much energy reaches the eye 10 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

11 Warum Laserschutz? Why Laser Safety UV-C 100 nm 280 nm UV-B 280 nm 315 nm UV-A 315 nm 380 nm VIS 380 nm 780 nm IR A (NIR) 780 nm 1400 nm IR B 1,4 µm 3µm IR C 3 µm 1mm 200 nm 400 nm 600 nm 800 nm 1000 nm 100 nm 300 nm 500 nm 700 nm 900 nm 3 µm 10 µm wendet man sich automatisch ab und schließt die Augen (Lidschlussreflex). Dieser Schutzmechanismus ist allerdings nur bis zu einer Strahlungsleistung von ca. 1 mw wirksam. Bei höheren Leistungen kann bereits zuviel Energie im Auge deponiert worden sein bis der Lidschlussreflex einsetzt und irreparable Schäden wären die Folge. Der nahe infrarote Wellenlängenbereich (780 nm 1400 nm) ist ein für das menschliche Auge sehr gefährlicher Lichtbereich. Eine natürliche Schutzfunktion hat der Mensch hier nicht entwickelt. Die Strahlung dringt bis auf die Netzhaut, allerdings wird die Strahlungsexposition erst bemerkt, wenn das Licht bereits Schaden verursacht hat. Infrarote Strahlung (1400nm 11000nm) wird wieder oberflächlich am Auge absorbiert. Sie führt zu einer Überhitzung von Gewebe und zu einer Verbrennung oder Ablösung der Hornhaut. before the blink reflex can respond, which can result in irreversible damage. The near infrared wavelengths (780 nm 1400 nm) are a type of radiation that is especially dangerous to the human eye because there is no natural protection against it. The radiation again penetrates to the retina, but the exposure is only noticed after the damage is done. Infrared radiation (1400 nm nm) is absorbed at the surface of the eye. It leads to overheating of the tissue and burning, or ablation of the cornea. Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety 11

12 Laserschutzvorschriften Laser Safety Regulations 2. Laserschutzvorschriften 2.1 Laserklassen nach der EN /(November 2001) Um eine Einstufung von Lasergeräten bezüglich ihrer Gefährlichkeit vornehmen zu können, werden diese in so genannte Laserklassen eingeteilt. Grundlage dieser Klassifizierung sind die so genannten GZS- Werte (GZS: Grenzwerte der zugänglichen Strahlung; engl. AEL: Accessible emission limit). Diese Grenzwerte geben die Klasse des Lasers an und sind in der Europäischen Norm EN festgelegt. Die GZS-Werte für die Laserklassen werden von den medizinischen MZB-Werten (MZB: Maximal zulässige Bestrahlung; engl. MPE: Maximum permissible exposure) abgeleitet. Die MZB-Werte geben an, ab wann die Bestrahlungsstärke eines Lasers für Auge oder Haut gefährlich ist. Seit der letzten Normenänderung im November 2001 gibt es folgende Laserklassen: Klasse Grundkonzept Kommentar 1 Die vom Lasergerät emittierte Strahlung ist ungefährlich. 1M Augensicher ohne Verwendung optischer Instrumente; unsicher bei Verwendung optischer Instrumente 2 Augensicher durch Abwendungsreaktion plus Lidschlussreflex 2M 3R 3B Das Licht, das durch die Augenpupille dringen kann, entspricht dem Wert der Laserklasse 2. Je nachdem, ob es sich um einen divergenten oder aufgeweiteten Strahl handelt, kann er aber mit optischen Instrumenten unsicher sein. Überschreitet die MZB-Werte ie Strahlung ist max. fünfmal höher als die GZS-Werte von Klasse 1 (bzw. Klasse 2). Das Risiko ist etwas geringer als in der Klasse 3B. alte Klasse 3 B ohne 3 R Der Blick in den Laser ist gefährlich. Diffuse Reflexionen werden als ungefährlich eingestuft. 4 alte Klasse 4 Auch diffuse Reflexion ist für Augen gefährlich. Zusätzlich ist Brandgefahr und Gefahr für Haut möglich. Keine zusätzliche Schutzausrüstung erforderlich Keine zusätzliche Schutzausrüstung erforderlich, sofern man keine optischen Instrumente benutzt Keine zusätzliche Schutzausrüstung erforderlich Keine zusätzliche Schutzausrüstung erforderlich, sofern man keine optischen Instrumente benutzt Gefahr für Augen vorhanden. Schutzbrille empfohlen Gefahr für Augen vorhanden, Schutzbrille erforderlich Persönliche Schutzausrüstung nötig (Brille, Abschirmung) 12 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

13 2. Laser Safety Regulations 2.1 Laser Categories According to EN (November 2001) Lasers have been categorized into 4 hazard classes based on the accessible emission limits or AELs. These limits indicate the class of the laser and are listed in EN and the American National Standards ANSI Z136.1 for Safe Use of Lasers. The AEL values for the laser classes are derived from the medical MPE (Maximum permissible exposure) values. The MPE values specify the danger level for the eye or the skin with respect to laser radiation. Since November 2001 the laser classes are defined as: Class Concept Comment 1 The radiation emitted by this laser is not dangerous 1M Eye safe when used without optical instruments, may not be safe when optical instruments are used 2 Eye safe by aversion responses including the blink reflex. 2M 3R The light that can hit the eye has the values of a class 2 laser, depending on a divergent or widened beam, it may not be safe when optical instruments are used The radiation from this laser exceeds the MPE values (MPE: maximum permissible exposure). The radiation is max. 5 x AELs of class 1 (invisible) or 5 x of class 2 (visible). The risk is slightly lower than that of class 3B 3B Old class 3B without 3R. The view into the laser is dangerous. Diffuse reflections are not considered as dangerous. 4 Old class 4 Even scattered radiation can be dangerous, also danger of fire and danger to the skin No need for protection equipment No need for protection equipment, if used without optical instruments No need for protection equipment No need for protection equipment, if used without optical instruments Dangerous to the eyes, safety glasses are recommended Dangerous to the eyes, safety glasses are obligatory Personal safety equipment is necessary (glasses, screens) Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety 13

14 Laserschutzvorschriften Laser Safety Regulations 2.2 Laser-Betriebsarten 2.2 Laser Operation Modes Laser unterscheiden sich auch in ihrer Betriebsart: Lasers differ from each other also with respect to the operation mode. Betriebsart Dauerstrichbetrieb D (cw)* Impulsbetrieb I Riesenimpulsbetrieb R Modengekoppelt M nennt man die kontinuierliche Freisetzung von Laserstrahlung. nennt man die kurzzeitige einmalige oder periodisch wiederholte Freisetzung von Laserstrahlung. entspricht dem Impulsbetrieb, aber die Pulsdauer ist sehr kurz. nennt man die Freisetzung von Laserstrahlung, wenn alle im Lasermedium gespeicherte Energie innerhalb kürzest möglicher Zeit freigesetzt wird. Manche Lasertypen können in unterschiedlichen Betriebsarten verwendet werden. *) cw: continuous wave Typische Pulsdauer > 0,2 s > 1 μs bis 0,25 s 1 μs bis 1 ns < 1 ns Operation mode continuous wave D (cw) pulsed mode I giant pulsed mode R modelocked M Lasers can work in one or more of the above modes. *) cw: continuous wave is the continuous emission of laser radiation. is the short-term single or periodically repeated emission of laser radiation. is like pulsed mode, but the pulse length is very short. is the emission of laser radiation with all the energy stored in the laser medium released within the shortest possible time. typical pulse length > 0.2 s > 1 μs to 0.25 s 1 μs to 1 ns < 1 ns 14 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

15 2.3 Vollschutz und Justierschutz 2.3 Full Protection and Alignment Protection Wie oben dargestellt, gibt es eine Vielzahl an Laserstrahlquellen, die mit unterschiedlichen Wellenlängen Licht emittieren. Um sich komplett vor Laserstrahlung zu schützen, werden so genannte Vollschutzbrillen (EN 207) benötigt. Sowohl die Filter, als auch die Fassung müssen passend zur Maximalleistung und Abstrahlcharakteristik des Lasers ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass die Strahlungsmenge, die hinter der Brille ins Auge dringen kann, auch bei direktem Laserbeschuss unter dem die Gesundheit gefährdenden MZB-Wert (Maximal zulässige Bestrahlungsstärke) liegt. Dieser Grenzwert entspricht der Spezifikation für die Laserklasse 1 (EN 207/208). Entsprechend der Norm EN 207 werden Laserschutzbrillen einem Laserbelastungstest unterzogen, bei dem die Brille 10 Sekunden (oder 100 Pulsen) der direkten Bestrahlung standhalten muss und keine Überschreitung der Grenzwerte hinter der Brille erfolgen darf. Prinzipiell gilt aber immer der Grundsatz: Niemals direkt in den Strahl blicken. Eine Reihe von Lasern, wie z.b. Helium- Neon-Laser (HeNe-Laser), Rubin-Laser, frequenzverdoppelte Nd:YAG-Laser oder zahlreiche Diodenlaser (wie z.b. im Laserpointer), emittieren Licht in dem für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich. Solche Strahlquellen werden auf Grund der guten Sichtbarkeit des Laserflecks z.b. als Mess- und Ziellaser oder als Justierlaser eingesetzt. As described above there are lots of laser radiation sources which emit at different wavelength. If we want to protect the eyes from laser radiation, so-called full protection glasses (EN 207) are needed. Filters as well as frames have to be selected to match the maximum power and beam size of the laser in order to make sure that the amount of radiation that penetrates to the eye behind the glasses, is below the MPEvalues (MPE = maximum permissible exposure). This is the same limit which applies to lasers in class 1 (EN 207/208). According to the EN 207 standard laser safety eyewear needs to be tested for direct 10 seconds (resp. 100 pulses) laser exposure. In these 10 seconds the MPE values can not be exceeded under defined conditions. Nevertheless, it is under no circumstances advisable to look into the beam directly. There is a range of laser sources like HeNe-lasers, Ruby-lasers, frequency doubled Nd:YAG or many diode lasers (as used in laser pointers), which emit light in the range of the spectrum that is visible to the human eye. These sources are therefore often used as aiming or pilot lasers for alignment. The advantage is that the position of the beam spot is highly visible. These lasers, however, can only be used safely when the power of the laser is low enough. This means that, in the case of a direct look into the beam, the natural protection mechanisms (blink reflex, reflex to Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety 15

16 Laserschutzvorschriften Laser Safety Regulations Vollschutz und Justierschutz Full Protection and Alignment Protection Dieser Einsatz ist allerdings nur dann gefahrlos möglich, wenn die Lichtleistung dieser Laser so gering ist, dass bei direktem Blick in den Strahl aufgrund des Lidschlussreflexes und der Abwendreaktion, die als natürliche Schutzmechanismen bestehen, keine die Gesundheit gefährdende Strahlungsmenge in das Auge eintreten kann. Für diese Strahlung werden die Grenzwerte für Laser der Klassen 2 und 2M angewendet. Werden z.b. auf Grund der Anwendung leistungsstärkere Laser verwendet, dann sind so genannte Justierschutzbrillen (EN 208) erforderlich um das Licht soweit abzuschwächen, dass trotz Sichtbarkeit keine Gefährdung für das Auge besteht. Das heißt, dass die Laserstrahlung soweit abgeschwächt werden muss, dass die turn away) must be sufficient to make sure that the radiation reaching the eye is below the damage threshold. The limits for this radiation are given for laser classes 2 and 2M. If due to the application higher power lasers are required so-called alignment filters are needed (EN 208). Such glasses reduce the radiation which can reach the eye, below the limits of a class 2 laser; however, at the same time the transmission must be high enough to see the beam spot. Additionally, combination glasses for full protection with an additional alignment function are possible. In this case, the filters act differently for different wavelengths (e.g. works as full protection in the Justierschutz mögliche Wellenlängenbereiche Nur sichtbar 400 nm bis 700 nm Kennzeichnung R-Schutzstufen Bedeutung der Schutzstufe z.b. R2 optische Dichte zwischen 2 und 3 Vollschutz Alle Laser-Wellenlängen L-Schutzstufen z.b. L7 optische Dichte von mindestens 7, mit einer Standzeit von mindestens 10 s bei direktem Laserbeschuss Alignment protection Possible wavelength areas only visible wavelengths 400 nm 700 nm Marking scale numbers start with R Full protection all laser wavelengths scale numbers start with L Meaning of the scale number e.g. R2 optical density between 2 and 3 e.g. L7 optical density of min. 7, with a standing time of minimum 10 s under direct laser hit. 16 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

17 Vollschutz und Justierschutz Full Protection and Alignment Protection Strahlungsmenge, die noch ins Auge dringen kann, den Grenzwert der Laserklasse 2 nicht überschreitet. Trotzdem sollte natürlich weiterhin die Sichtbarkeit des Laserflecks gewährleistet sein. Darüber hinaus sind auch Kombinationen aus Voll- und Justierschutz möglich. In diesem Fall besitzen die eingesetzten Filter für unterschiedliche Wellenlängenbereiche verschiedene Schutzwirkungen. Ein Filter kann z.b. im nahen Infrarotbereich eine Vollschutzfunktion haben und im sichtbaren Bereich eine Justierfunktion. Jedoch sollten Justierschutzfilter ausschließlich zur Justage eingesetzt werden. Für länger andauernde Arbeiten mit Lasern, die im sichtbaren Spektralbereich emittieren, werden jedoch Vollschutzbrillen empfohlen. near infrared and has an alignment function in the visible). These glasses are designed for alignment purposes only. When working with laser generating visible light for longer periods of time, full protection glasses are necessary and recommended. Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety 17

18 Laserschutzvorschriften Laser Safety Regulations 2.4 Laserschutznormen weltweit 2.4 Safety Norms in the World Die Welt des Laserschutzes nach amerikanischem Standard (ANSI) Die amerikanische Norm ANSI Z 136 verlangt die Spezifikation einer Laserschutzbrille ausschließlich nach OD (Optische Dichte). Als Optische Dichte (OD oder D(λ)) bezeichnet man die Abschwächung von Licht, das durch einen optischen Filter tritt. Je höher der Wert, desto größer ist die Abschwächung. Für die Berechnung der OD ist der dekadische Logarithmus vom Verhältnis der transmittierten Leistung P t zur eingestrahlten Leistung P i zu bilden. ANSI erlaubt weiterhin die Definition einer Nominellen Gefahrenzone durch den Laserschutzbeauftragten. Außerhalb dieser Nominellen Gefahrenzone (NHZ) ist Augenschutz gegen Streulicht erlaubt. Die meisten asiatischen Länder richten sich nach diesen Vorschriften. Die Tendenz hin zu den strikteren europäischen Vorschriften nimmt jedoch zu. So hat z.b. Australien die EU-Norm nahezu 1:1 übernommen. Die Welt des Laserschutzes nach europäischem Standard (EN 207/208/60825) In Europa muss bei der Auswahl von Laserschutzbrillen eine zweite Komponente berücksichtigt werden: Die Schadensschwelle. Diese wird festgestellt durch die Energie bzw. Leistungsdichte = Energie bzw. Leistung pro Fläche d.h. Strahlfläche. Schutz ausschließlich gegen Streulicht ist nicht gestattet, nur der Schutz gegen einen direkten Treffer. Ein Schutz nur mit Optischer Dichte wird als nicht ausreichend betrachtet, The World of Laser Safety according to the American Standard (ANSI Z136) ANSI Z136 standard requires specification according to optical densities (OD) only. The Optical Density (OD or D(λ)) is the attenuation of light that passes through an optical filter. The higher the OD value, the higher the attenuation. The mathematic expression of Optical Density ( D λ ) is the logarithm to the base ten of the reciprocal of the transmittance and is given by the listed equation (where τ λ is the transmittance). ANSI also allows a Nominal Hazard Zone (NHZ) to be determined by the laser safety officer (LSO). Outside of the NHZ, diffuse viewing eyewear is allowed. Most Asian countries refer to these ANSI regulations. Australia has adopted new laser safety regulations that are based on the European laser safety regulations (EN 207/ EN208). The World of Laser Safety in Europe (EN 207/208/60825) In Europe there is a second criteria which must be taken into consideration - the power or energy density (i.e. the power or energy per area = per beam area). Diffuse viewing condition is not allowed and laser safety glasses must protect against a direct laser exposure. Protection due to Optical Density alone is not sufficient when the material of the eyewear cannot withstand a direct hit. The following regulations are called the norm, but in fact they are legal requirements and enforceable. Other legal requirements (e.g. the regulations for indus- 18 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

19 normen weltweit Safety Norms in the World Schutzstufe Scale number Maximaler spektraler Transmissionsgrad bei den Laserwellenlängen Maximum spectral transmittance for laser wavelength τ(λ) Maximale Leistungs- (E) und/oder Energiedichte (H) im Wellenlängenbereich Maximum power (E) and energy (H) density in the wavelength range 180 nm t 315 nm > 315 nm t 1400 nm > 1400 nm t 1000 µm D I,R > bis E D W/m² H I,R J/m² Für Prüfbedingung For test condition / Impulsdauer in s M D < 10-9 > E M W/m² E D W/m² I,R 10-9 bis H I,R J/m² M D < 10-9 > 0,1 H M J/m² E D W/m² I,R 10-9 bis 0,1 H I,R J/m² M < 10-9 E M W/m² L , ,05 1, L , ,5 1, L , L , L L , L , L , L , L , Quelle: EN 207 Tab. B.1. Reference: EN 207 Tab. B.1. Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety 19

20 Laserschutzvorschriften Laser Safety Regulations normen weltweit Safety Norms in the World wenn das Material des Laseraugenschutzes einem direkten Treffer des Lasers nicht standhält. Die nachstehenden Regelwerke werden als Norm bezeichnet. Durch die Anwendung im Rahmen einer BGV wird diese jedoch eine gesetzliche Vorschrift, die auch vor Gericht einklagbar ist. Sowohl in den Unfallverhütungsvorschriften als auch in der Medizinischen Geräteverordnung wird darauf Bezug genommen. DIN EN 207 Für die Zulassung nach DIN EN 207 muss der Laseraugenschutz einen Laserbelastungstest bestehen. Das bedeutet, dass Filter und (!) Fassung unter Normbedingungen einem direkten Treffer des Lasers, für den sie spezifiziert wurden, für mindestens 10 Sekunden (Dauerstrichlaser) oder 100 Pulsen (gepulster Laser) standhalten müssen. Bei bestandenem Laserbeschuss erhält die Brille das CE-Zeichen und wird mit den erreichten Schutzstufen (z.b. D L5, wobei L5 einer Leistungsdichte von 100 MW/m² (Schadensschwelle für Filter und Fassung) entspricht) verbindlich spezifiziert bzw. markiert. Eine Kopie des Zertifikats der Prüfstelle kann für jede Brille vom Anwender zur Einsicht angefordert werden. Im Geltungsbereich der Europäischen Norm EN ist es nicht erlaubt, die Brillen nur nach der Optischen Dichte (OD) auszuwählen. trial safety as well as the medical equipment regulations) refer to them as well. EN 207 In order to achieve a certification according to EN 207 Laser eye protection products require direct hit testing. The safety eyewear (filter and (!) frame) must have to withstand under standardised conditions a direct hit from the laser for which they have been selected for at least 10 seconds (cw) or 100 pulses (pulsed mode). As a result of a successful test laser glasses get the CE certification and are labelled with protection levels, such as D L5 (where L5 relates to a power density of 100 MW/m² as the damage threshold of the filter and frame during a 10 seconds direct hit test at nm). A copy of the certificate can be requested by any user of the laser safety eyewear. In countries which follow the European standard for personal protection it is not acceptable to select laser glasses according to Optical Density alone. EN 208 This norm refers to glasses for laser alignment. They will reduce the actual incident power to the power of a class II laser ( < 1 mw for continuous wave lasers). Lasers denoted as class II are regarded as eye safe if the blink reflex is working normally. Alignment glasses allow the user to see the beam spot while aligning the laser. This is only possible for visible lasers (according to this norm visible lasers are de- 20 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

21 normen weltweit Safety Norms in the World DIN EN 208 Diese Norm regelt die Auswahl und Anforderungen an Justierschutzbrillen. Justierbrillen schwächen die Leistung des Lasers auf Werte ab, die für Laser der Klasse 2 ( < 1mW für Dauerstrichlaser) gelten. Diese Brillen sind sicher, wenn der Lidschlussreflex des Auges funktioniert. Eine Justierschutzbrille gestattet es dem Anwender bei Justierarbeiten den Laserstrahlfleck zu erkennen. Justierschutz ist nur im sichtbaren Bereich, der im Gesetz von 400 nm 700 nm definiert wird, sinnvoll und zulässig. Auch diese Brillen müssen einem Laserbelastungstest mit dem Laser, für den sie spezifiziert wurden, unter Normbedingungen für eine Dauer von mindestens 10 s und 100 Pulsen standhalten. fined as being from 400nm to 700nm). Alignment glasses must also withstand a direct hit from the specified laser for at least 10 seconds (cw) or 100 pulses (pulsed mode) under standardised conditions. EN Requires that laser safety eyewear provides sufficient optical density to reduce the power of a given laser to equal to or less than the listed Maximum Permissible Exposure levels (MPE). It allows specification according to optical densities in extreme situations, but recommends the use of EN 207 with a third party laser test. In neither standard is a nominal hazard zone allowed, the only acceptance is protection against the worst-case i.e. direct laser radiation. Schutzstufe nach DIN EN 208 Scale number acc. to EN 208 Dauerstrichlaser und Impulslaser mit einer Impulslänge > s Maximale Laserleistung in W CW lasers and pulsed lasers with a pulse length of > s Max. laser power in W R1 0,01 W R2 0,1 W R3 1 W R4 10 W R5 100 W Quelle: EN 208 gepulste Laser mit einer Impulslänge > s Maximale Impulsenergie in J Pulsed lasers with a pulse length > s Max. pulse energy in J Reference: EN 208 Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety 21

22 Laserschutzvorschriften Laser Safety Regulations normen weltweit Safety Norms in the World DIN EN Die DIN EN fordert eine ausreichende Optische Dichte von Augenschutz, um die Leistung eines Lasers auf die maximale zulässige Bestrahlungsstärke oder weniger zu reduzieren. Diese Norm erlaubt in extremen Situationen die Spezifikation nach der Optischen Dichte, empfiehlt jedoch die Anwendung der DIN EN 207 mit Tests durch ein unabhängiges Institut. Keiner der drei Standards erlaubt eine Nominelle Gefahrenzone, wie sie z.b. in den USA üblich ist. Akzeptiert und erlaubt ist nur ein Schutz gegen den schlimmsten Fall: Ein direkter Treffer. Wenn es keinen Filter gibt, der die vollen Anforderungen nach DIN EN 207 erfüllt, bietet LASERVISION nach DIN EN einen Filter an, der diesen Anforderungen so nahe wie möglich kommt. Das bedeutet, dass die Optische Dichte ausreichend ist, die geforderte Standzeit von 10 Sekunden und 100 Pulsen (gepulste Laser) jedoch nicht garantiert werden kann. Für derartige Ausnahmefälle wird empfohlen, dass sich der Laserschutzbeauftragte oder Sicherheitsingenieur an die zuständige Berufsgenossenschaft wendet und den konkreten Anwendungsfall diskutiert. If there is no filter available that fulfils your requirements according to EN 207, LASERVISION will quote according to EN with a filter that comes as close as possible to the requirements of EN 207. This means that the Optical Density is always correct, but the stability time of 10 seconds/100 pulses cannot be guaranteed. For such an exceptional case it is recommended for the laser saftey officer or saftey engineer to contact the responsible Employer s Liability Insurance Association in order to discuss the application in detail. 22 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)

23 2.5 Bedeutung des CE- und GS-Zeichens 2.5 What does CE and GS mean? CE = Communities European (Europäische Gemeinschaft) Das CE-Zeichen ist ein Konformitätszeichen. Für die meisten Produkte wird es vom Hersteller oder Importeur am Produkt angebracht und dokumentiert damit, dass die Anforderungen der jeweiligen EU Richtlinie (hier 89/686/EG für persönliche Schutzausrüstung) erfüllt wird. Laseraugenschutz fällt jedoch unter die strengeren Regelungen bzw. Gesetze zur persönlichen Schutzausrüstung. Das CE- Zeichen steht aber auch in diesem Fall nur für eine einmalige Prüfung und kann die permanente Anpassung an den Stand der Technik und geänderte Prüfbedingungen allein nicht garantieren. GS = Geprüfte Sicherheit Das GS-Zeichen wird nach deutschem Recht auf einem Produkt (oder seiner Verpackung) angebracht. Es wird vergeben, wenn eine zugelassene Stelle (z.b. DIN CERTCO) im Rahmen einer Bauartprüfung festgestellt hat, dass die vorgeschriebenen sicherheitstechnischen Anforderungen erfüllt sind. Das Zeichen wird erteilt, wenn ein zertifiziertes Qualitätsmanagement vorhanden ist und Wiederholungsprüfungen vorgenommen werden. Die Proben dafür werden unselektiert aus dem regulären Produktionsprozess entnommen. Damit geht die Zertifizierung nach GS weit über die gesetzlichen Grundanforderungen des CE- Zeichens hinaus und gewährleistet damit dem Anwender stets ein höchstes Maß an Sicherheit und Normkonsistenz. CE = Communities European The CE mark is basically a certification of conformity. A manufacturer or importer can mark his products and documents with the CE sign and certifies that the product follows the regulations (here 89/686/ EG for personal protection) of the European Community (EC) which are related to the type of the product. But due to their importance personal safety products need to be certified by an independent institute (notified body) for safety reasons. Nevertheless even this CE mark is a proof of a single test only and is therefore not able to guarantee the continuous adjustment of the product, the manufacturing and measurement procedures to the state of the art and to changed test conditions. GS = Geprüfte Sicherheit (tested safety) The additional GS mark is applied to a product or its packaging acc. to the German law only than, when a notified body (e.g. DIN CERTCO) has carried out a prototype test and confirmed that the required safety requests are fulfilled as the minimum condition. Additionally GS requires a certified quality management system and neutral sampling at the manufacturer s plant, checking of manufacturer s test equipment and in-house quality assurance. It is allocated only when re-tests are carried out in regular intervals. With the CE sign alone, the user does not have a reliable information of the quality standard of the product or the production process. This means neutral and objective sampling is not mandatory, the specimen could be chosen and pre-tested by the manufacturer and a neutral quality management is not warranted. Handbuch zum Laserschutz Guide to Laser Safety 23

24 Laserschutztechnologie Laser Safety Filter technology 3. Laserschutztechnologie 3. Laser Safety Filter technology 3.1 Grundlagen optischer Filter Da Laserstrahlung aufgrund der beschriebenen physikalischen Eigenschaften, wie gute Strahlqualität und gute Fokussierbarkeit (räumliche Kohärenz), in erster Linie für die Augen ein hohes Gefahrenpotenzial darstellt, werden spezielle optische Filter benötigt, die das normale Licht durchlassen, für das Laserlicht aber eine Sperrfunktion besitzen. Da jeder Laser, abhängig von seinem aktiven Medium, immer eine oder mehrere spezifische Wellenlängen emittiert, benötigt man Filter, die an Wellenlänge und Leistung der jeweiligen Strahlquelle angepasst sind. Optische Dichte (OD) Als Optische Dichte (OD oder D(λ)) bezeichnet man die Abschwächung von Licht, das einen optischen Filter durchstrahlt. Je höher der Zahlenwert ist, desto größer ist die Abschwächung. Zur Berechnung der OD wird der dekadische Logarithmus vom Verhältnis der transmittierten Leistung P t zur eingestrahlten Leistung P i gebildet. 3.1 Basics of optical filters Due to the unique characteristics of laser radiation (i.e. coherent, collimated and monochromatic) there is an increased danger to the eyes. Therefore special optical filters that transmit normal light but block laser light must be used. Since laser light has a specific wavelength which is dependent on the laser active medium that emits light, protective filters that match the wavelength and power of the specific source of laser radiation are needed. Optical Density (OD) The Optical Density (OD or D(λ)) is the attenuation of light that passes through an optical filter. The higher the OD value, the higher the attenuation. The mathematic expression of Optical Density D(λ) is the logarithm to the base ten of the reciprocal of the transmittance and is given by the listed equation (where τ λ is the transmittance). In other words, the Optical Density is a measure that indicates how many decimal Einfach ausgedrückt, zeigt die optische Dichte an, um wie viele Kommastellen sich die Transmission bei der jeweiligen Wellenlänge verschiebt. Entsprechend der oben beschriebenen europäischen Normen ist die optische Dichte allein jedoch für einen sicheren Schutz vor Laserstrahlung weder ausreichend noch zulässig. Wichtig ist aber, dass die optische Dichte auch im Ernstfall, also beim Auftreffen von Laserstrahlung auf den Filter, erhalten bleibt. places the transmission shifts at the required wavelength. But according to the above described standards the Optical Density alone is not sufficient enough to guarantee protection against laser radiation. It is important that the Optical Density will also remain high enough in case of a direct laser hit on the filter. This requirement seems to be trivial, but there are indeed some interaction effects of filter and 24 laservision GmbH & Co. KG Siemensstraße Fürth Tel. +49 (0)