RATGEBER

Laserprojektoren oder auch Showlaser genannt, bestehen aus folgenden Komponenten:

• Gehäuse

• Lasermodul

• Scanner 

• Steuerungseinheit 

• Sicherungseinrichtungen 

Das Gehäuse beinhaltet und schützt die Komponenten (Lasermodul, Scanner, Steuerungseinheit, Sicherheitseinrichtungen und Transformatoren). Es ist meist mit einem Haltebügel versehen, sodass eine Montage an beispielweise Traversen möglich ist.

In einem Laserprojektor können ein Lasermodul oder mehrere Lasermodule verbaut sein. Um das ganze Farbspektrum wiederzugeben nutzen Laser ein Farbmischverfahren. Häufig sind RotGrünBlau Laser anzutreffen. Für bessere Sichtbarkeiten finden auch RYellowGB und ROrangeGB Farbmischverfahren Anwendung. Bei RGB Diodenlaser sind meist rote, grüne und blaue Laserdioden in einem Modul zusammengefasst.

Die Scanner aus einem Showlaser bestehen aus Galvos, einem Gehäuse, Spiegeln und einem Galvoamplifier. Kleine Spiegel sind an den Galvos montiert, welche in X und Achse an dem Gehäuse angebracht sind. Durch die bewegten Spiegel wird der Laserstrahl so schnell moduliert, sodass aus einem einzelnen Laserstrahl beispielsweise ein Kreis entsteht.

Mit der Steuerungseinheit werden Signale an Lasermodul, Scanner und Shutter übermittelt. Am Beispiel des KVANT Clubmax Laserprojektors ist ein FB4 Interface verbaut. Dieses kann per Software via Netzwerk angesteuert werden, sowie DMX/Art Net und ILDA Signale verarbeiten.

Jeder Laserprojektor der Klasse 4 muss mit einem Notausschalter, sowie Schlüsselschalter versehen sein. KVANT Clubmax Laser besitzen zudem einen mechanischen Shutter, sowie eine Laserabschaltung bei der Öffnung des Gehäuses, auch der Notaus ist mit einem extra Startschalter versehen.

Laserstrahlen unterliegen einer Aufweitung, diese wird als Divergenz bezeichnet und in mrad (Millirad) angegeben.

Bei einer Divergenz von 1 mrad vergrößert sich der Durchmesser eines Laserstrahls um 1 mm je Meter.

Strahldurchmesser und Divergenz haben einen wesentlich größeren Einfluss auf die effektive Helligkeit, als die Ausgangsleistung!

Leistung verdoppelt = 1,5 fache Helligkeit 

Strahldurchmesser halbiert = 4 fache Helligkeit 

Der KVANT Clubmax 3000 FB4 Laserprojektor erreicht aktuell eine Divergenz von 0,54 mrad !

Künstliche optische Strahlung birgt einige Gefahren, welche, für einen sicheren Umgang, Wissen und Erfahrung bedürfen. 

Eine wichtige Rolle spielen die aktuell in Deutschland geltenen Gesetzte, wie die OStrV, die TROS und die RICHTLINIE 2006/25/EG, sowie die Eigenschaften des Lasergerätes: Laserklasse, Leistung, Farbspektrum,  Scannergeschwindigkeit i.V.m. Frequenz des gescannten Bildes. 

Zur Reduzierung der Gefahr sind: weg vom Publikum; Abstand und Divergenzvergrößerung, neben der Wahl des richtigen Lasers (insbesondere Leistung), die Mittel für sichere Shows. 

Sollten Laserstrahlen ins Publikum treffen, müssen die Expositionsgrenzwerte (§ 6 OStrV) i.V.m. der Richtlinie 2006/25/EG eingehalten werden. Diese Richtlinie dient auch als Grundlage für Berechnungen der Expositionsgrenzwerte.

Beispiel Berechnung:

Lasereigenschaften

Leistung: 3000 mW 

Wellenlänge: 680nm, 520nm, 445nm

Divergenz: 1 mRad

Strahldurchmesser am Laser: 5*5mm (technisch bedingt, durch Optiken und Umlenkspiegel, sind Laserstrahlen von Showlasern eckig)

Ausgabewinkel: 45°

Anzahl Punkte gescanntes Bild: 250

Scannergeschwindigkeit: 25000 Punkte pro Sekunde

gescanntes Bild: Kreis

Abstand zum Publikum: 38m

Berechnung der Verweildauer des Laserstrahls im Auge (Messblende 7mm)

Der Laserstrahl des Showlasers wird durch den Scanner bewegt. Dabei bewegt sich der Laserstrahl entlang einer vorher festgelegten Strecke. In diesem Berechnungsbeispiel wird ein Kreis gescannt. Daraus resultiert an einem festen Punkt eine Einwirkzeit und eine bestrahlungsfreie Zeit, sprich ein Impuls. Da es sich beim Showlaser um künstliche optische Strahlung im sichtbaren Bereich handelt, ist die Größe der Messblende auf die Größe der Pupille zurückzuführen. Ziel ist es, die Verweildauer zu bestimmen, sowie die Wiederholungsrate im Bezug auf die Messblende von 7mm. Anders ausgedrückt, wie oft und wie lange trifft der Laser die Pupille des Auges. 

Für die Berechnung ist erforderlich:

Strahldurchmesser in der Entfernung von 38m. (Diagonale des Laserstrahls am Laser  7,07mm + Abstand 38m * Divergenz 1mRad = 45,07mm) 

Frequenz der Bildwiedergabe, bzw. wie oft das Bild in einer Sekunde dargestellt wird (Scannergeschwindigkeit 25000 pps / Anzahl der Punkte 250 = 100 Hz)

Strecke, die der Laserstrahl für eine Darstellung des Bildes zurücklegt (ergibt sich aus der Distanz und dem Ausgabewinkel, in diesem Beispiel wird ein Kreis verwendet, welcher in 38m einen Durchmesser von 31,480m hat und einen Umfang von 98,898m)

1 Sekunde / 100 Hz = 0,01s (10ms) Hier wird die Darstellung von einem Kreis ermittelt.

(9889,8cm / 0,7cm) * (4,507cm / 0,7cm) = 90965,9767

Durch die Unterteilung des Umfanges (Strecke, die der Laser in der Entfernung, pro Darstellung einer Figur, benötigt) in die Messblenden von 0,7cm  erhält man den Divisor für die Darstellung eines Kreises. Da der Laserstrahl jedoch breiter als 0,7cm ist, muss die zusätzliche Verweildauer berücksichtigt werden. Die größte Breite des Laserstrahles beträgt bei 38m 45,07mm.

0,01 s / 90965,9767 = 0,000000109931 ≈ 0,11 µs  Dies ist die Verweildauer des Laserstrahles in einer Darstellung des Kreises.

Einwirkzeit: 0,000000109931s pro 0,01s

Nun folgt die Berechnung der Leistungsdichte.

Leistungsdichte E = Leistung (W) : Fläche (m^2) [W m^-2]

3 W Laserleistung werden bei einem Abstand von 38m auf eine Fläche von 31,87mm x 31,87mm projiziert. Dies entspricht einer Fläche von 0,001016 m^2. Dieser Wert 3W auf 0,001016 m^2 muss nun auf 1 Quadratmeter hochgerechnet werden. 

Leistungsdichte: 2953,94 W / m^2.

Gemäß Anhang 2 ist Bestrahlung H das Integral der Bestrahlungsstärke über die Zeit (in Sekunden), ausgedrückt in Joule pro Quadratmeter [J m-2].

2953,94 W m^-2 x (0,000000109931s) = 0,0003247 [J m^-2]

Bestrahlung: 0,0003247 [J m^-2]

Vergleich von Expositionsgrenzwerten, gemäß Tabelle 2.2, mit der Berechnung der Bestrahlung des Showlasers.

Vorgabe gemäß Tabelle 2.2 ist für die Wellenlängenbereich 400nm - 700nm, mit der Zeit 10^-7s - 1.8 x 10^-5s (0,0000001s bis 0,000018 s), ist 

H = 5 x 10^-3 x Ce (Ce kann aus der 2.5 entnommen werden) = 0,005 [J m^-2]

0,0003247 [J m^-2]  ist kleiner als 0,005 [J m^-2]. 

Somit ist die Bestrahlund eines Einzelimpulses, gemäß Tabelle 2.2 der Richtlinie 2006/25/EG, innerhalb der Vorgaben.

Zu Prüfen sind nun wiederholende Impulse anhand der Tabelle 2.6. 

Laserprojektoren arbeiten mit einem Spiegelsystem, welches den Laserstrahl, mit Geschwindigkeiten von 20.000-90.000 Punkten pro Sekunde, bewegt. 

Es empfehlen sich:

• längere Belichtungszeiten 

• die Verwendung eines Displays 

• Verwendung von Filtern prüfen

• ein Abstand von 20m-50m

• eine mittige Position