INSTITUTE OF LASER MEDICINE

Prof. Dr. P. Hering   

 
 

 Sind Laserpointer fürs Auge gefährlich?

  english

S.Stry, D.Kleine, P.Hering

Institut für Lasermedizin, Universität Düsseldorf, Postfach 101007, 40001 Düsseldorf 
Fax 0211/81-11374, Telefon  0211 / 81-12761 (-12149), 

 
 
Zur Untersuchung dieser Frage haben wir in Zusammenarbeit mit dem WDR Köln (Redaktion Monitor) 10 Laserpointer (gekauft Ende Januar) bzw. 23 Laserpointer (gekauft Anfang März) unterschiedlicher Hersteller bzw. Vertreiber vermessen. Die in den Pointern verwendeten Laser sind Halbleiterlaser, in denen sich fokussierende Optiken befinden, so daß ein schmaler Strahl entsteht, der sich auch nach mehreren Metern nur gering verbreitert. (siehe Bild: Innenleben eines Laserpointers (33k)) 
 

Abb.1: Originalstrahl der Laserdiode im Vergleich mit dem aus dem Laserpointer austretenden nachfokussierten Strahl.
Meistens werden, wie auch hier zu sehen, in Laserpointern aus Kostengründen fehlerhafte Laserdioden eingebaut.


Eine typische Anwendung solcher Laserpointer ist die Benutzung als optischer "Zeigestock" beim Projizieren von Bildern bzw. Vortragsfolien auf eine mehrere Meter entfernte Wand. Die Bestrahlungsstärke dieser Pointer muß dabei so intensiv sein, daß der Laserpunkt auf der beleuchteten Projektionswand deutlich zu erkennen ist. 

Gleichzeitig darf die Bestrahlungsstärke aber nur so hoch sein, daß bei einem unbeabsichtigten, direkten Blick in den Laserstrahl eine Schädigung des Auges auszuschließen ist. 

Nach der Beurteilung aufgrund der DIN EN 60825-1: 1997 [1] ist dies bei Lasern im Spektralbereich von 400 bis 700 nm nur mit Leistungen bis maximal 1 mW der Fall (Laserklasse 2); ferner bei Lasern, deren Strahl soweit aufgeweitet wurde, daß durch die Augenpupille (Durchmesser 7 mm) höchstens eine Leistung von 1 mW gelangen kann (Laserklasse 3a). Nach dieser internationalen Norm sind die Laser nach ihrer Gefährlichkeit zu klassifizieren. Zur Überprüfung der Klassifizierung wird die Leistung des Lasers hinter einer 7 mm Blende gemessen, die sich 10 cm vom Laser entfernt befindet (Abb. 2). Die Bestrahlungsstärke nach DIN EN ergibt sich, indem die gemessene Leistung durch die Blendenfläche geteilt wird. 
 
 

Abb.2: Aufbau zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke nach DIN EN 60825-1 (1997). Originalaufbau (49k)


Ist diese errechnete Bestrahlungsstärke für Laser im sichtbaren Wellenlängenbereich größer als 25 W/m2, ist eine Schädigung des Auges (genauer der Netzhaut) trotz des Lidschlußreflexes zu erwarten. Solche Laser werden in die Laserklasse 3B eingeordnet. Laser, die nach der amerikanischen Norm FDA (Code of Federal Register 21 CFR 1040.10 & 1040.22) Laserklasse IIIA entsprechen, sind nach der DIN Norm in Laserklasse 3B einzuordnen, da bei FDA die Grenzbestrahlungstärke von 25 W/m2  nicht als Klasseneinteilungskriterium vorgeschrieben wird. 

Im gewerblichen Bereich sind Laser der Klasse 3B bei der Berufsgenossenschaft [2,3] und bei den Ämtern für Arbeitsschutz anzeigepflichtig. Strenge Schutzmaßnahmen wie zum Beispiel das Tragen von Laserschutzbrillen und die Unterweisung durch einen Laserschutzbeauftragten müssen strikt eingehalten werden. 

 
Abb. 3: 
Räumliche Bestrahlungsstärke des Laserpointers Nummer 9, 
1,5 m vom Laser entfernt aufgenommen. 
 Eine weitere Untersuchung, die von uns durchgeführt wurde, ist die Bestimmung der tatsächlichen Bestrahlungsstärke auf der Netzhaut. Dazu wird zuerst die reale Bestrahlungsstärke des Laserpointers ermittelt. Mittels einer CCD-Kamera wird die reale Fleckgröße des Laserstrahls in einem definierten Abstand zum Laser aufgenommen. Anhand dieses Bildes läßt sich die Fläche angeben, auf die die gesamte Leistung trifft. Wird die gemessene Leistung durch diese Fläche geteilt, ergibt sich die reale Bestrahlungsstärke. 
Zur Verdeutlichung ist links (Abb. 3) beispielhaft das mit der CCD-Kamera aufgenommenes Intensitätsbild des Laserpointers Nummer 9 dargestellt. Wie an der räumlichen Verteilung der Bestrahlungsstärke zu erkennen ist, ist diese nicht gleichmäßig auf der beleuchteten Fläche verteilt, sondern weist stärkere Inhomogenitäten auf.
Um eine Aussage über die auf die Netzhaut fallende Bestrahlungsstärke machen zu können, wird der Laserstrahl durch ein modelhaft aufgebautes Auge abgebildet (Abb. 4) . 

 


 

Abb. 4: Modelaufbau zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke auf der Retina (Netzhaut). Originalaufbau (49)


 
 
 
Abb. 5: 
Räumliche Bestrahlungsstärke des Laserpointers Nummer 9 nach der 
Abbildung durch das modelhafte Auge. 
 Dieses Augenmodel [4,5] besteht aus einer 7 mm Blende (Pupille), hinter der sich eine Linse mit 25 mm Brennweite (entspricht Gesamtbrechkraft des Auges) befindet. Die CCD–Kamera, die sich 25 mm (Augenlänge) hinter der Linse befindet, repräsentiert die Netzhaut (Abb. 5). Somit entspricht die Fleckgröße, die mit der CCD-Kamera bestimmt wurde, der tatsächlichen Fleckgröße auf der Netzhaut unter Annahme dieses Augenmodels. Die Bestrahlungsstärke ergibt sich auch hier durch Division der Leistung durch die Fleckgröße. 
Die Abbildung links zeigt die räumliche Verteilung der Bestrahlungsstärke nach dem Durchgang durch das Augenmodel. Im Vergleich zu Abbildung 3  ist die Verkleinerung der Fleckgröße deutlich zu erkennen. (Die absolute Skalierung in Millimetern ist in beiden Bildern gleich.) 

Die Angabe der realen Bestrahlungsstärke auf der Netzhaut ist besonders für Augenärzte von Interesse, da so ein Vergleich mit medizinischen Untersuchungen an der Netzhaut möglich wird. 

 
 
 
Herstellerangaben
Messungen
Laser-
pointer Nummer		 Leistung [mW] Wellenlänge [nm] Laser-
klasse		 Wellenlänge [nm] Leistung [mW] Bestrahlungs- stärke 
nach 
DIN EN60825-1 
[W/m2] 
Grenzwert  25 W/m2		 ermittelte 
Laserklasse nach 
DIN EN60825-1 		 reale Bestrahlungs- stärke 
in 1,5 m Entfernung 
[kW/m2]		 Fleckgröße auf der Netzhaut 
(Model) 
[mm2]		 Leistungs- dichte   auf der Netzhaut (Model) 
[kW/m2]
   1 <1 670 2 677 1,5 39 3B 4,3 0,0036 417
   2 keine Angabe keine Angabe keine Angabe 654 3,4 88,4 3B 26,2 0,0025 1380
   3 <5 635-680 IA 666 1,3 33,7 3B 4,6 0,0032 405
   4 <5 650 
630-680		 IIIA 655 3,8 98,8 3B 15,8 0,0021 1843
   5 <5 650 
630-680		 IIIA 651 2,5 65 3B 31,3 0,0022 1163
   6 <5 660-680 IIIA 674 1,3 33,8 3B 4,2 0,0018 732
   7  <1 
<5		 660 
639 
660-680		 2 654 1,1 28,6 3B 6,1 0,0017 635
   8 <5 630-680 IIIA 649 2,5 65 3B 6,6 0,0037 681
   9 <1 630-650 2 671 1,8 46,8 3B 3,5 0,0035 511
 10 <5 630-680 IIIA 672 3,6 93,6 3B 5,4 0,327 11

Tab.1: Daten der Laserpointer angegeben vom Hersteller und die entsprechenden Meßergebnisse (Messungen vorgenommen Ende Januar 1998).


 
 
 
    Herstellerangaben Messungen
Laserpointer Nummer Kaufort Leistung [mW] Wellenlänge [nm] Laser-
klasse		 Wellenlänge [nm] Leistung [mW] Bestrahlungsstärke 
nach 
DIN EN60825-1 
[W/m2] 
Grenzwert 
25 W/m2		 ermittelte 
Laserklasse 
nach 
DIN EN60825-1
1 München <1 660-680 2 664 0,6 15,6 2
2 München <1 630-680 2 672 0,7 18,2 2
3 Berlin <5 630-680 IIIA 681 4,9 127,4 3B
4 Berlin <5 
<3		 630-680 IIIA 
2		 648 3,7 96,2 3B
5 Berlin <1 630-680 2 647 0,93 24,2 2
6 Mainz <5 640-680 IIIA 676 3,3 85,8 3B
7 Mainz <5 635-680 IIIA 676 1,4 mit 3,0V 
3,1 mit 4,5V		 36,4 
80,6		 3B
8 Mainz <5 
<3		 630-680 IIIA 
2		 648 3,7 96,2 3B
9 Frankfurt <5 630-680 IIIA 678 3,1 80,6 3B
10 Frankfurt <5 630-680 IIIA 650 4,9 127,4 3B
11 Hamburg <5 635-670 IIIA 650 4,7 122,2 3B
12 Hamburg <1 660 2 660 0,82 21,3 2
13 Köln <1 630-680 2 673 1,3 33,8 3B
14 Köln <1 630-680 2 674 0,81 21,1 2
15 Köln <1 630-680 2 650 0,71 18,5 2
16 Köln <1 660-680 2 675 2,3 59,8 3B
17 Köln <1 630-680 2 658 0,84 21,8 2
18 Köln <5 640-680 IIIA 676 6,5 148,2 3B
19 Stuttgart <0,95 630-660 2 660 1,2 31,2 3B
20 Dresden <1 660-680 2A 675 1,1 28,6 3B
21 Dresden <1 630-680 2 652 0,76 19,8 2
22 Halle <1 660-680 2A breitbandig um 
670 nm		 1,19 30,9 3B
23 Halle <5 635-680 IIIA breitbandig um 
670 nm		 1,5 39,0 3B

Tab.: Daten der Laserpointer angegeben vom Hersteller und die entsprechenden Meßergebnisse (Messungen vorgenommen Anfang März 1998).


 
 
 
Ergebnisse:

In der oben aufgeführten Tabelle sind sowohl die Herstellerangaben als auch die von uns gemessenen Daten aufgelistet. Die Messung der Wellenlänge war erforderlich, um eine Wellenlängenanpassung an das Leistungsmeßgerät (FieldMaster mit Meßkopf LM-2; Fa. Coherent, Santa Clara, California) durchzuführen. 

Tabelle 1: 
Die nach DIN EN 60825-1 vorgenommene Messung der Bestrahlungsstärke zeigt eindeutig, daß alle 10 Laserpointer in die Laserklasse 3B einzuordnen sind. Ferner ist festzustellen, daß nicht ein einziges Gerät nach EN 60825-1: 1997 vom Hersteller bzw. Vertreiber zutreffend klassifiziert worden ist. 

Alle diese Laser sind gefährlich, da das Auge durch den Lidschlußreflex nicht mehr geschützt wird. 

Ein Vergleich zwischen der Bestrahlungsstärke vor dem Auge und der daraus resultierenden Bestrahlungsstärke auf der Netzhaut zeigt, daß eine generelle Aussage, wie stark eine Laserstrahl durch die abbildenden Eigenschaften des Auges verkleinert wird, nicht möglich ist. Der Verkleinerungsfaktor liegt bis auf einen Sonderfall zwischen 40 und ca. 180. Generell verfügen die vermessene Laserpointer über eine sehr gute Strahlqualität. Das bedeutet, daß derLaserstrahl durch das Auge bis zur Beugungsbegrenzung verkleinert werden kann [7]. Der minimal erreichbare Strahldurchmesser auf der Retina ist demnach 10 µm. 

In einem Artikel von Mainster [8] wird ein theoretisches Model vorgestellt, mit dem es möglich ist, die Temperaturerhöhung auf der Retina nach einer Bestrahlungsdauer von 0,1 s zu bestimmen. Im schlimmsten Fall wird der Strahl eines Laserpointers auf der Retina auf einen Fleck von 10 µm verkleinert. Bei einem 5 mW Laser bedeutet dies eine Temperaturerhöhung von 15 bis 20 °C je nach Wellenlänge. Bei diesen Temperaturerhöhungen muß von einer thermischen Schädigung der Netzhaut ausgegangen werden. 

In der jetzigen Situation, in der Laser klein und handlich geworden sind und zu günstigen Preisen an Privatleute verkauft werden, ist es wohl an der Zeit die Vorschriften für solche Laser neu zu überarbeiten. Ganz sicher aber ist, daß solche Laser nicht an Kinder und Jugendliche verkauft werden dürfen, da gerade ihnen die Gefahren dieser Geräte in keiner Weise bewußt sind. 

Tabelle 2: 
Die in der zweiten Tabelle aufgelisteten Laserpointer wurden ca. 5 Wochen nach der Austrahlung des Beitrages über Laserpointer, der Ende Januar in Monitor (WDR) gesendet wurde, in verschiedenen Städten Deutschlands gekauft. Wie zu sehen ist, sind auch jetzt noch Laserpointer erhältlich, die eine Ausgangsleistung von über 1 mW haben und damit Laser der Klasse 3B sind. 

Zur Zeit sind am Institut für  Lasermedzin zu diesem Thema weitere Untersuchungen im Gange. Überprüfen Sie von Zeit zu Zeit unsere WWW Seiten. Sie werden laufend aktualisiert. 
Für weitere Fragen oder Bemerkungen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung: 

Peter Hering (Univ.-Prof. Dr. rer. nat.): 81-12761 hering@uni-duesseldorf.de
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Sandra Stry (geb. Klein) (Dipl. Phys.): 81-12149 oder 81-13694 kleins@uni-duesseldorf.de
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Daniel Kleine (Dipl. Phys.): 81-12149 oder 81-13694 kleine@uni_duesseldorf.de
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 Literatur: 
 

  [1]  Din EN 60825-1: 1997,  "Sicherheit von Laser-Einrichtungen; Teil 1: Klassifizierung von Anlagen, Anforderungen und Benutzer-Richtlinien (ICE 825-1:1993), Deutsche Fassung EN 60825-1:1994 + A11:1996", Berlin: VDE-Verlag GmbH. (DIN EN bedeutet, daß die europäische Norm EN 60825 den Status einer deutschen Norm hat.)
  [2]  Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften, "Laserstrahlung (VBG 93)", Köln: Carl Heymanns Verlag (1988).
  [3]  Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften, "Durchführungsanweisungen zur Unfallverhütungsvorschrift Laserstrahlung (VBG 93)", Köln: Carl Heymanns Verlag (1988).
  [4]  Bermann, Schäfer, "Lehrbuch der Experimentalphysik: Band 3 Optik", Berlin, New York: de Gruyter (1993), S. 137-148.
  [5]  Naumann, Schröder, "Bauelemente der Optik", Hauser (1987), S. 238-246.
  [6]  V.-P. Gabel, R. Birngruber, F. Hillenkamp, " Die Lichtabsorption am Augenhintergrund", GSF-Bericht A55 (1976)
  [7]  D. Sliney, M. Wolbarsht, "Safety with Lasers and Other Optical Sources", New York: Plenum Press (1980), S. 116-144.
  [8] M. A. Mainster, T. J. White, R. G. Allen, "Spectral Dependence of Retinal Damage Produced by Intense Light Source",  J. Opt. Soc. Am. 60 (6), 1970, 848-855.
  [9] Laser pointers endanger the retina ?!, S.Stry, P. Hering, to be published 1998.

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Weitere Web-Seiten zu diesem Thema:
 
 

[1]   Hessische Staatsministerin Stolterfoht warnt vor Augenschäden durch lichtstarke Laserpointer
  

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