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Laser: Sicherheit für 3D-Sensoranwendungen

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Autor: Jana Kötter

Laser: Sicherheit für 3D-Sensoranwendungen
Oberflächenemittierende Laser (VCSEL) werden auch bei VR/AR-Anwendungen genutzt.

Damit Laser sicher funktionieren können, hat Instrument Systemsbasierend auf der internationalen Lasersicherheitsnorm, ein entsprechendes Konzept zur Lasersicherheitsbewertung von VCSEL entwickelt. Mit kalibrierten und modularen Testsystemen, wie dem Pulsed VCSEL Tester PVT 100/110 und der kamerabasierten VTC 2400, kann eine vollständige Charakterisierung gepulster VCSEL-Arrays durchgeführt werden. Da VCSEL-Arrays ein drastisches Wachstum bei 3D-Sensoranwendungen – wie z.B. Face ID, Automotive LiDAR und Human-Machine-Interfaces (AR/VR) – verzeichnen, wird der Nachweis ihrer Augensicherheit immer wichtiger.

Augensicherheit muss vollständig gegeben sein

Oberflächenemittierende Laser (VCSEL) sind seit mehr als drei Jahrzehnten in industriellen Anwendungen im Einsatz. Seit einigen Jahren erfreuen sie sich auch im Alltag einer zunehmenden Popularität durch 3D-Sensoranwendungen, wie z.B. Face ID, Automotive LiDAR und Human-Machine-Interfaces (AR/VR). Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wie einem sehr hohen Wirkungsgrad, einem schmalen Spektrum, zuverlässigen Strahlungseigenschaften und niedrigen Produktionskosten sind VCSEL-Arrays perfekt für 3D-Sensoranwendungen geeignet. Wie alle Laser können jedoch auch VCSEL schwere Gesundheitsschäden am menschlichen Auge und an der Haut verursachen. Deshalb sind die Hersteller von VCSEL-enthaltenden Endprodukten verpflichtet, eine Lasersicherheitsbewertung nach der internationalen Norm IEC60825-1 oder gleichwertigen nationalen Sicherheitsvorschriften durchzuführen.

Konzept basiert auf Laser Class Assessment Chart und modulares Testsystem

Instrument Systems hat ein praxistaugliches Konzept zur Lasersicherheitsbetrachtung von VCSEL entwickelt, das der internationalen Lasersicherheitsnorm entspricht. Es basiert auf einem Laser Class Assessment Chart und einem modularen Testsystem, das absolut kalibriert ist und mit einem Prüfschein für das Fehlerbudget ausgeliefert wird. Die beiden Hauptmodule des Testsystems sind der Pulsed VCSEL Tester PVT 100/110 und die kamerabasierte VTC 2400. Der PVT 100/110 ist eine Speziallösung für die Ansteuerung und Messung von Nanosekundenpulsen, wie sie für LiDAR- oder Time-of-Flight-Anwendungen genutzt werden. Typische Messparameter sind Wellenlänge, Wiederholfrequenz, Pulsbreite, Pulsenergie oder Pulsfolge. Das PVT 100/110 bietet eine hohe spektrale Auflösung (≥ 0,12 nm), sehr kurze Pulsfolgen bis 1 ns und bis zu 50A Strom sowie Testpulsfolgen mit mehr als 100 MHz Wiederholrate. Die kamerabasierte VTC 2400 ermöglicht die Analyse der Abstrahlcharakteristik kompletter VCSEL-Arrays im Fernfeld. Typische Messparameter sind die durchschnittliche Leistung, das Strahlprofil, der höchste Intensitätsspot und der Divergenzwinkel (für den Punktbereich). Das entwickelte Laser Class Assessment Chart von Instrument Systems entspricht den Richtlinien der internationalen Lasersicherheitsnorm IEC60825-1 und bietet ein praxistaugliches Konzept zur Bestimmung der Lasersicherheit von gepulsten VCSEL mit den VCSEL-Testsystemen PVT 100/110 und VTC 2400. In mehreren Schritten werden alle kritischen Parameter identifiziert, wie z.B. die Strahldivergenz, die Pulslänge oder das Tastverhältnis. Die hochpräzisen und kalibrierten Testsysteme besitzen ein minimales absolutes Fehlerbudget. Dadurch kann die volle Leistungseffizienz der VCSEL bei gleichzeitig sicherem Betrieb ausgeschöpft werden.

Die vollständige Erläuterung zum Laser Class Assessment können Sie hier ansehen: https://www.instrumentsystems.com/en/news-portal/eye-safety

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