レーザーの安全性
レーザー警告シンボル

レーザー放射の安全性とは、レーザー事故、特に眼の損傷のリスクを最小限に抑えるための、レーザーの安全な設計、使用、および実装を指します。比較的少量のレーザー光であっても、永久的な眼の損傷につながる可能性があるため、レーザーの販売と使用は通常、政府の規制の対象となります。

中出力および高出力レーザーは、網膜や皮膚を焼灼する可能性があるため、潜在的に危険です。傷害リスクを制御するために、米国の21 Code of Federal Regulations (CFR) Part 1040や国際的なIEC 60825 [ 1 ]などの様々な規格で、レーザーの出力と波長に応じて「クラス」が定義されています。これらの規制は、製造業者に、特定の警告をレーザーに表示することや、レーザーを操作する際にレーザー安全ゴーグルを着用することなど、必要な安全対策を義務付けています。米国規格協会(ANSI) Z136などのコンセンサス規格は、レーザーの危険性に対する制御手段、および最大許容被ばく（MPE）限界と被ばく被ばく限界（AEL）を計算するのに役立つ様々な表をユーザーに提供しています。

レーザー放射線障害の主な原因は熱作用ですが、特定の波長のレーザーでは光化学作用も懸念されます。中程度の出力のレーザーでも眼に損傷を与える可能性があります。高出力のレーザーは皮膚に火傷を負わせることもあります。一部のレーザーは非常に強力で、表面からの拡散反射でさえ眼に危険を及ぼす可能性があります。

人間の目の図

レーザー光のコヒーレンス性と低発散角は、眼の水晶体による焦点合わせによって促進され、レーザー放射を網膜上の極めて小さな点に集中させる可能性がある。わずか +10°C (+18°F) の一時的な上昇でも、網膜光受容細胞を破壊する可能性がある。レーザーが十分に強力な場合、瞬きよりも速い 1 秒未満のうちに永久的な損傷が発生する可能性がある。可視から近赤外線(400～1400  nm ) の範囲の十分に強力なレーザーは眼球を貫通し、網膜の加熱を引き起こす可能性がある。一方、波長が 400 nm 未満または 1400 nm を超えるレーザー放射は、角膜と水晶体によって大部分が吸収され、白内障や火傷の発症につながる。[ 2 ]

赤外線レーザーは特に危険です。なぜなら、まばたき反射とも呼ばれる、身体の保護的なグレア回避反応は可視光によってのみ引き起こされるからです。例えば、目に見えない1064nmの放射線を放出する高出力Nd:YAGレーザーに曝露されても、痛みを感じたり、視力への即時的な損傷に気づかない人もいます。眼球から発生するポップ音やクリック音は、網膜損傷が発生したことを示す唯一の兆候である可能性があります。つまり、網膜が100℃（212°F）以上に加熱され、局所的な爆発的な沸騰と、それに伴う永久的な盲点が即座に形成されるのです。[ 3 ]

損傷のメカニズム

典型的な米国（ANSI）レーザー警告ラベル

レーザーは、いくつかのメカニズムにより、眼と皮膚の両方の生物組織に損傷を引き起こす可能性があります。[ 1 ]熱損傷、つまり火傷は、タンパク質の変性が起こるまで組織が加熱されたときに発生します。もう1つのメカニズムは光化学的損傷で、光が組織内で化学反応を引き起こします。光化学的損傷は主に短波長（青色および紫外線）の光で発生し、数時間にわたって蓄積される可能性があります。約1 μsよりも短いレーザーパルスは、急激な温度上昇を引き起こし、水の爆発的な沸騰を引き起こします。爆発による衝撃波は、その後、衝突点から比較的遠く離れた場所に損傷を引き起こす可能性があります。超短パルスは、眼の透明な部分で自己収束を示す可能性があり、同じエネルギーの長いパルスと比較して、損傷の可能性が高まります。チタンサファイアレーザーを使用した場合、光イオン化が放射線損傷の主なメカニズムであることが判明しました。[ 4 ]

目は可視光線と近赤外線を網膜に焦点を合わせます。レーザー光線は網膜上で強度を集中させることができ、その強度はレーザー光線が目に入る地点よりも最大で 200,000 倍高くなることがあります。ほとんどの光は光受容体のすぐ後ろにある色素上皮のメラニン色素に吸収され、 [ 1 ]網膜に火傷を引き起こします。波長が 400 nm 未満の紫外線は水晶体に吸収され、300 nm は角膜に吸収される傾向があり、そこで比較的低い出力でも光化学的損傷により傷害を引き起こす可能性があります。赤外線は主に近赤外線の波長では網膜に熱による傷害を引き起こし、より長い波長では目の前頭部に傷害を引き起こします。以下の表は、パルスレーザーによる傷害を除く、様々な波長のレーザーによって引き起こされるさまざまな病状をまとめたものです。

波長範囲病理学的影響
180～315 nm（UV-B、UV-C）光角膜炎（角膜の炎症、日焼けに相当）
315～400 nm（UV-A）光化学白内障（眼の水晶体の濁り）
400～780 nm（可視光）網膜への光化学的損傷、網膜熱傷
780～1400 nm（近赤外線）白内障、網膜熱傷
1.4～3.0  μm（赤外線）房水フレア（房水内のタンパク質）、白内障、角膜熱傷
3.0 μm～1 mm角膜熱傷

皮膚は通常、目よりもレーザー光に対してはるかに敏感ではありませんが、あらゆる光源（レーザーまたは非レーザー）からの紫外線に過度にさらされると、日焼けに似た短期的および長期的な影響を引き起こす可能性があります。一方、可視光線と赤外線の波長は、主に熱による損傷のために有害です。[ 1 ]

レーザーと航空安全

米国連邦航空局（FAA）の研究者らは、1990年から2004年の間に発生した、パイロットがレーザー照射によって驚いたり、注意をそらされたり、一時的に失明したり、方向感覚を失ったりしたという400件以上のインシデントの報告をデータベースにまとめた。この情報によって米国議会での調査が行われた。[ 5 ]こうした状況下での手持ちレーザー光への曝露は、曝露時間が短く、距離が長く、ビームの拡散が最大数メートルであることを考えると、取るに足らないことのように思えるかもしれない。しかし、レーザー照射は閃光失明などの危険な状態を引き起こす可能性がある。これが航空機の運航の重要な瞬間に起こると、航空機が危険にさらされる可能性がある。さらに、人口の約18%から35%が常染色体優性遺伝形質である光くしゃみを有しており、[ 6 ]突然の閃光にさらされると不随意のくしゃみの発作を起こす。

最大許容露出

IEC 60825に準拠したコリメートレーザービームの角膜における最大許容露光量（MPE）は、様々な波長におけるエネルギー密度と露光時間の関係として表される。
様々な波長における電力密度と露光時間の関係を示すMPE
さまざまな露光時間（パルス持続時間）におけるエネルギー密度と波長の関係を示すMPE

最大許容被曝量（MPE）とは、安全とみなされる光源の最大出力またはエネルギー密度（W/cm 2または J/cm 2 ）のことです。つまり、損傷を引き起こす可能性が無視できるほど小さいということです。通常、これは最悪の状況下で損傷を引き起こす可能性が50%となる線量の約10%に相当します[ 7 ] 。MPEは、特定の波長と被曝時間において、人間の目の角膜または皮膚で測定されます。

眼への曝露に関する MPE の計算では、光が眼に作用するさまざまな方法が考慮されます。たとえば、深紫外線は、非常に低い出力でも蓄積的な損傷を引き起こします。約 1400 nm より長い波長を持つ赤外線は、網膜に到達する前に眼の透明な部分で吸収されるため、これらの波長の MPE は可視光よりも高くなります。波長と曝露時間に加えて、MPE では光 (レーザーまたはその他の光源からの光) の空間分布も考慮されます。可視光および近赤外線の平行レーザー光線は、レンズが網膜上の小さな点に光を焦点を合わせるため、比較的低出力では特に危険です。高出力LEDなど、十分に平行化されたレーザー光線よりも空間コヒーレンスが低い光源は、網膜上のより広い領域に光を分散させます。このような光源の場合、MPE は平行レーザー光線よりも高くなります。 MPEの計算では、最悪のシナリオ、すなわち、特定の波長において眼の水晶体が網膜上で光を可能な限り小さなスポットサイズに集光し、瞳孔が完全に開いている状態が想定されます。MPEは単位面積あたりのパワーまたはエネルギーとして規定されますが、可視光線および近赤外波長において、完全に開いた瞳孔（0.39 cm 2 ）を通過できるパワーまたはエネルギーに基づいています。これは、断面積が0.39 cm 2未満のレーザービームに当てはまります。IEC-60825-1およびANSI Z136.1規格には、MPEの計算方法が含まれています。[ 1 ]

規則

さまざまな管轄区域では、標準化団体、法律、政府規制により、レーザーに関連するリスクに応じてレーザーのクラスが定義され、それらのレーザーにさらされる可能性のある人々に必要な安全対策が定義されています。

欧州共同体（EC）では、眼の保護要件は欧州規格EN 207で規定されており、レーザー光の最大強度はEN 60825で規定されています。さらに、欧州規格EN 208では、ビーム調整時に使用するゴーグルの要件が規定されています。ゴーグルはレーザー光の一部を透過し、作業者がビームの位置を確認できるようにしますが、レーザー光の直撃を完全に防ぐものではありません。

米国では、保護眼鏡の使用やレーザーの安全な使用に関するその他の要素に関するガイダンスは、ANSI Z136規格シリーズで示されています。これらのコンセンサス規格はレーザー使用者を対象としており、全文はANSIまたは認定規格委員会（ASC）Z136の公式事務局であり、このANSI規格シリーズの発行元である米国レーザー協会から直接購入できます。[ 8 ]これらの規格は以下のとおりです。

  • ANSI Z136.1 –レーザーの安全な使用
Z136シリーズのレーザー安全規格の親文書であるZ136.1は、産業界、軍事、研究開発（研究所）、高等教育（大学）におけるレーザー安全プログラムの基礎となっています。[ 9 ]
この規格は、0.6μmから1mmの波長で動作するレーザーダイオードまたは発光ダイオードを用いた光通信システムの安全な使用、保守、サービス、および設置に関するガイダンスを提供します。光通信システムには、エンドツーエンドの光ファイバリンク、固定地上ポイントツーポイント自由空間リンク、またはこれらの両方の組み合わせが含まれます。[ 10 ]
  • ANSI Z136.3 –医療におけるレーザーの安全な使用
医療現場で高出力クラス3Bおよびクラス4のレーザーやレーザーシステムを扱う個人のためのガイダンスを提供します。[ 11 ]
  • ANSI Z136.4 –危険評価のためのレーザー安全測定の推奨基準
光放射線の危険性の分類と評価に必要な測定手順のガイダンスを提供します。[ 12 ]
  • ANSI Z136.5 –教育機関におけるレーザーの安全な使用
教育現場におけるレーザーの安全性に関する懸念に対処する。[ 13 ]
  • ANSI Z136.6 –屋外におけるレーザーの安全な使用
建設、ディスプレイ/レーザーライトショー、科学/天文学研究、軍事などの屋外環境でのレーザーの安全な使用に関するガイダンスを提供します。[ 14 ]
  • ANSI Z136.7 –レーザー保護機器の試験と表示
レーザーおよびレーザーシステムからの眼の保護に使用される試験方法とプロトコルに関する合理的かつ適切なガイダンスを提供します。[ 15 ]
  • ANSI Z136.8 –研究、開発、または試験におけるレーザーの安全な使用
市販のレーザーに共通する安全管理が欠落しているか無効になっている可能性のある研究、開発、または試験環境で使用されるレーザーおよびレーザーシステムの安全な使用に関するガイダンスを提供します。[ 16 ]
  • ANSI Z136.9 –製造環境におけるレーザーの安全な使用
この規格は、製造環境でレーザーが使用される際にレーザー被曝の可能性のある個人を保護することを目的としており、公的機関と民間企業の両方でレーザーの安全性を確保するためのポリシーと手順、および製品開発とテストが含まれています。[ 17 ]

米国食品医薬品局（FDA）は、 21 CFR 1040に基づき、市販されるレーザー製品を規制しており、米国で販売されるすべてのクラスIIIbおよびクラスIVレーザーに、キースイッチ、安全インターロックドングル、電源インジケーター、絞りシャッター、そして照射遅延（通常2～3秒）という5つの標準安全機能の搭載を義務付けています。DVDバーナーなどの他のコンポーネントの一部となるように設計されたOEMレーザーは、この要件の対象外です。携帯型ではないレーザーの中には、安全ドングルや照射遅延機能を備えていないものもありますが、緊急停止ボタンやリモートスイッチを備えているものもあります。

分類

EN 60825-1:2007規格に基づく、レーザークラス1、2、3R、および3Bの最大許容連続波出力。これらの値は、静的な点状レーザー光源（すなわち、コリメートされたレーザービームまたは弱発散レーザービーム）にのみ適用されることにご注意ください。

レーザーは1970年代初頭から、波長と出力によって4つのクラスといくつかのサブクラスに分類されてきました[ 18 ]。これらの分類は、レーザーが被ばくした人に損傷を与える能力に基づいて、クラス1（通常の使用では無害）からクラス4（目と皮膚に深刻な危険）まで分類されています。分類システムには2種類あり、2002年以前に使用されていた「旧システム」と、2002年以降段階的に導入されている「改訂システム」です。後者は、元の分類システムが考案されて以来蓄積されてきたレーザーに関するより広範な知識を反映しており、特定の種類のレーザーについては、元の分類システムで分類されていたよりも危険性が低いと認識されるようになりました。改訂システムは、改訂されたIEC 60825規格の一部です。2007年からは、改訂システムは米国向けのANSIレーザー安全規格（ANSI Z136.1）にも組み込まれています。 2007年以降、米国に輸入されるレーザー製品については、改訂システムに基づくラベル表示がFDAによって認められています。旧システムと改訂システムは、改訂システムでのみ使用される1M、2M、3Rクラスと、旧システムでのみ使用される2Aおよび3Aクラスによって区別できます。旧システムでは、クラス番号は米国ではローマ数字（I～IV）、EUではアラビア数字（1～4）で指定されていました。改訂システムでは、すべての管轄区域でアラビア数字（1～4）が使用されます。

レーザーの分類は、各レーザー クラスに定義されている被ばく放出限界(AEL) の概念に基づいています。これは通常、指定された波長範囲と露出時間で放出され、指定された距離で指定された開口絞りを通過する最大出力 (W) またはエネルギー (J) です。4 μm を超える赤外線波長の場合は、最大出力密度 (W/m 2 ) として指定されます。製造業者は、レーザーの正しい分類を提供し、規制で規定されている適切な警告ラベルと安全対策をレーザーに装備する責任があります。より強力なレーザーで使用される安全対策には、キー制御の操作、レーザー光の放出を示す警告灯、ビーム ストップまたは減衰器、およびユーザーが緊急停止またはインターロックに接続できる 電気接点などがあります。

IEC 60825-1

クラス2以上の警告ラベル

以下に、IEC 60825-1規格で規定されている分類システムの主な特性と要件、および一般的に必要な警告ラベルを示します。さらに、クラス2以上の機器には、ここに示す三角形の警告ラベルを必ず貼付する必要があります。また、特定のケースでは、レーザー放射、レーザー開口部、皮膚への危険性、および不可視波長を示すその他のラベルの貼付も必要です。クラスIからIVについては、下記の 旧システムのセクションを参照してください。

クラス1

クラス1レーザー製品

クラス1レーザーは、通常の使用条件下では安全です。これは、肉眼または一般的な拡大鏡（望遠鏡や顕微鏡など）を用いてレーザーを観察する場合、最大許容被曝量（MPE）を超えることができないことを意味します。適合性を検証するために、規格では、肉眼、コリメートビームを観察する一般的な望遠鏡、および発散ビームを観察する一般的な顕微鏡に対応する口径と距離を規定しています。クラス1に分類されるレーザーの中には、十分に大きな口径の望遠鏡や顕微鏡で観察した場合に危険を及ぼすものもあります。例えば、非常に大きなコリメートビームまたは非常に大きく発散するビームを持つ高出力レーザーは、規格で定義された口径を通過する電力がクラス1のAEL未満であればクラス1に分類される可能性があります。しかし、より大きな口径の拡大鏡を使用することで、安全ではないレベルの電力が収集される可能性があります。多くの場合、光学ドライブなどのデバイスは、より強力でより高クラスのレーザービームを完全に封じ込め、通常の使用状態では光が漏れない場合、クラス1と見なされます。[ 19 ]

クラス1M

レーザー放射 光学機器で直接見ないでくださいクラス1Mレーザー製品

クラス1Mレーザーは、顕微鏡や望遠鏡などの拡大光学系を通過する場合を除き、あらゆる使用条件において安全です。クラス1Mレーザーは、大口径ビーム、つまり発散ビームを生成します。クラス1MレーザーのMPEは、ビームを絞り込むために集束光学系または結像光学系を使用しない限り、通常超過することはありません。ビームが再集束されると、クラス1Mレーザーの危険性が高まり、製品クラスが変更される可能性があります。裸眼の瞳孔を通過できるパワーがクラス1のAEL未満であるが、標準的な拡大光学系（規格で定義）によって目に集められるパワーがクラス1のAELよりも高く、クラス3BのAELよりも低い場合、レーザーはクラス1Mに分類されます。[ 20 ]

クラス2

レーザー放射ビームを直視しないでくださいクラス2レーザー製品

クラス2レーザーは、まばたき反射（明るい光に対するグレア回避反応）により、照射時間が0.25秒以下に制限されるため、安全とされています。これは可視光レーザー（400～700 nm）にのみ適用されます。クラス2レーザーの出力は1mWの連続波に制限されますが、放射時間が0.25秒未満の場合、または光が空間的にコヒーレントでない場合は、1mW以上の出力に制限されます。まばたき反射を意図的に抑制すると、眼の損傷につながる可能性があります。一部のレーザーポインターや測定機器はクラス2です。

クラス2M

レーザー放射ビームを直視したり、光学機器で直接見たりしないでください。クラス2Mレーザー製品

クラス2Mレーザーは、光学機器を通して観察しない限り、瞬き反射が生じるため安全です。クラス1Mと同様に、これは直径が大きい、または発散角が大きいレーザービームに適用され、瞳孔を通過する光量はクラス2の限度を超えません。

クラス3R

レーザー放射 目への直接の露出を避けてくださいクラス3Rレーザー製品

クラス3Rレーザーは、ビームの視認性を制限し、慎重に取り扱う限り安全とみなされます。クラス3RレーザーではMPE（最大出力保護）を超えることが可能ですが、負傷のリスクは低いです。クラス3Rの可視連続レーザーは5mWに制限されています。その他の波長およびパルスレーザーには、異なる制限が適用されます。

3Bクラス

レーザー放射ビームへの曝露を避けるクラス3Bレーザー製品

クラス3Bレーザーは、目に直接照射されると危険ですが、紙やその他のマットな表面からの拡散反射光は無害です。315nmから遠赤外線までの波長範囲における連続レーザーのAEL（有効放射量）は0.5Wです。400～700nmのパルスレーザーの場合、その限度は30mJです。その他の波長および超短パルスレーザーには、他の限度が適用されます。クラス3Bレーザービームを直接目にする可能性のある場所では、通常、保護眼鏡の着用が義務付けられています。クラス3Bレーザーには、キースイッチと安全インターロックが装備されている必要があります。クラス3BレーザーはCDおよびDVDライター内部で使用されますが、ライターユニット自体はレーザー光がユニットから出ることができないため、クラス1です。

クラス4

レーザー放射直接または散乱した放射による目や皮膚への曝露を避けてくださいクラス4レーザー製品

クラス4は、クラス3BのAELを超えるすべてのレーザーを含む、最高かつ最も危険なクラスのレーザーです。定義上、クラス4レーザーは、直接、拡散、または間接的なビームの視認により、皮膚に火傷を負わせたり、壊滅的で永続的な眼の損傷を引き起こしたりする可能性があります。これらのレーザーは可燃性物質に発火する可能性があり、火災の危険性があります。これらの危険性は、一見マットな表面からのビームの間接反射や非鏡面反射にも当てはまる可能性があるため、ビーム経路の制御には細心の注意を払う必要があります。クラス4レーザーには、キースイッチと安全インターロックが装備されている必要があります。ほとんどの産業用、科学用、軍事用、医療用のレーザーはこのカテゴリーに該当します。医療用レーザーは発散放射を持つ場合があり、公称眼危険距離（NOHD）と公称眼危険領域（NOHA）に注意する必要があります。[ 21 ]

古いシステム

緑色レーザー – クラスIIIbとクラスIIIaの比較

「旧システム」における安全クラスは、米国においてコンセンサス規格（ANSI Z136.1）および連邦・州規制を通じて制定されました。IEC 825（後のIEC 60825）などのコンセンサス規格に記載されている国際分類は、同じ概念に基づいていますが、米国の分類とは若干異なる名称で示されています。

この分類システムは、1970年代初頭に開発された元のシステムからわずかに変更されただけです。現在でも米国のレーザー製品安全規制で使用されています。記載されているレーザー出力は標準値です。分類は波長と、レーザーがパルスレーザーか連続レーザーかによっても異なります。レーザークラス1から4については、上記の改訂版システムに関するセクションを参照してください。

クラスI

本質的に安全であり、眼の損傷の可能性はありません。これは、出力が低いため（この場合は何時間も照射しても眼の損傷は起こり得ません）、またはCDプレーヤーやレーザープリンターのように、通常動作中にユーザーがレーザー光線に近づかないように筐体が保護されているためです。

クラスII

人間の目の瞬き反射（忌避反応）により、意図的に長時間レーザー光線を見つめない限り、眼の損傷は防がれます。出力は最大1mWです。このクラスには、可視光を発するレーザーのみが含まれます。一部のレーザーポインターもこのカテゴリに含まれます。

クラスIIa

クラスIIの低出力側に位置する領域で、網膜に熱傷を生じさせるには1000秒を超えるレーザーの連続照射が必要となる。市販のレーザースキャナーはこのサブクラスに属する。

クラスIIIa

このクラスのレーザーは、ビーム径または出力密度を変化させる光学機器と組み合わせると非常に危険です。光学機器による増幅がない場合でも、2分以上直接目に照射すると網膜に深刻な損傷を与える可能性があります。出力は5mWを超えません。機器に「注意」警告ラベルが貼付されていない場合、ビーム出力密度は2.5mW/cm 2を超えてはなりません。貼付されている場合は、「危険」警告ラベルの貼付が必要です。銃器用レーザー照準器やプレゼンテーションでよく使用されるレーザーポインターの多くは、このカテゴリに該当します。

クラスIIIb

このクラスのレーザーは、ビームが直接目に入ると損傷を引き起こす可能性があります。これは通常、5～500mWの出力のレーザーに当てはまります。このカテゴリーのレーザーは、レーザーの強度に応じて、1/100秒以上の照射で永久的な眼の損傷を引き起こす可能性があります。拡散反射は一般的に危険ではありませんが、鏡面反射は直接照射と同様に危険です。クラスIIIbレーザーのビームを直接見る可能性がある場合は、保護眼鏡の着用を推奨します。このクラスの高出力レーザーは、火災の危険性があり、皮膚に軽度の火傷を負わせる可能性もあります。

クラスIV

このクラスのレーザーは、ビーム出力が500mWを超え、眼や計測機器の光学系によって焦点が合わなくても、眼や皮膚に重篤で永続的な損傷を引き起こす可能性があります。レーザービームの拡散反射は、公称危険区域内では皮膚や眼に危険を及ぼす可能性があります。（公称危険区域とは、レーザーの周囲で適用可能なMPEを超える領域です。）多くの産業用、科学用、軍事用、医療用レーザーがこのカテゴリに該当します。

安全対策

一般的な注意事項

レーザーに関わる多くの科学者は、以下のガイドラインに同意している。[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]

  • レーザーを使用するすべての人は、そのリスクを認識する必要があります。この認識は、レーザーを長時間使用することだけの問題ではありません。むしろ、目に見えないリスク（赤外線レーザービームなど）に長期間対処することで、主に油断から、リスクに対する認識は研ぎ澄まされるどころか、むしろ低下する傾向があります。
  • 光学実験は光学定盤上で行い、すべてのレーザービームは水平面内でのみ進行し、すべてのビームは定盤の端で停止する必要があります。定盤から反射したビームが漏れる可能性があるため、ユーザーはビームがある水平面の高さに目を向けてはいけません。
  • 時計や光学面に入る可能性のあるその他の宝飾品は、実験室への持ち込みを禁止します。光学面に近い非光学的物体はすべて、鏡面反射を防ぐため、マット仕上げにする必要があります。
  • 重大な眼の損傷の危険がある場合には、室内の全員に常に適切な眼の保護を義務付ける必要があります。
  • 火災や皮膚損傷を引き起こす可能性があり (主にクラス 4 レーザーおよび紫外線レーザー)、頻繁に変更されない高強度ビームは、不透明なチューブを通して誘導する必要があります。
  • ビームと光学コンポーネントの位置合わせは、可能な限りビーム出力を下げて実行する必要があります。

保護眼鏡

レーザーゴーグル

米国労働安全衛生局は、職場においてクラス3Bおよび4のレーザーをMPEを超える眼の曝露につながる可能性のある方法で操作する際には、眼の保護具を使用することを義務付けている。[ 27 ]

適切なフィルタリング光学系を備えた保護眼鏡は、危険なビーム出力を持つ反射または散乱レーザー光から目を保護するだけでなく、レーザー光線への直接曝露からも目を保護することができます。保護眼鏡は、レーザーの種類に応じて、適切な波長範囲で遮断または減衰させるように選択する必要があります。例えば、532nm（緑色レーザー）を吸収する保護眼鏡は、通常オレンジ色の外観を呈しますが（ただし、レーザー保護眼鏡を選ぶ際にレンズの色だけに頼るべきではありません）、550nmを超える波長を透過します。このような保護眼鏡は、723nmを超える波長で放射されるレーザー（赤外線（すなわち、目に見えない）レーザー）に対する保護としては役に立ちません。さらに、レーザーの中には複数の波長の光を放射するものがあり、特に安価な周波数逓倍レーザー（例えば、532nmの「緑色レーザーポインター」）では問題となる可能性があります。これらのレーザーは、一般的に808nmの赤外線レーザーダイオードで励起され、最終的な532nm出力を生成するために使用される基本波長1064nmレーザービームも生成します。一部の緑色レーザーポインターでは赤外線がビームに混入しますが、純粋な緑色レーザーや既に赤外線フィルターが通っているビーム用に設計された通常の赤色またはオレンジ色の保護眼鏡では、赤外線を遮ることはできません。周波数2倍のYAGレーザーや可視光線を持つその他の赤外線レーザーには、特殊なYAGレーザー保護眼鏡や二重周波数保護眼鏡が利用可能ですが、これらは高価であり、赤外線励起緑色レーザー製品では、このような追加の保護が必要かどうかが必ずしも明記されているわけではありません。

保護眼鏡は光学密度(OD)に基づいて評価されます。これは、光学フィルタがビーム出力を下げる減衰係数の常用対数です。たとえば、OD 3 の保護眼鏡は、指定された波長範囲でビーム出力を 1/1000 に下げます。ビーム出力を最大許容露出値 (上記を参照) 以下に下げるのに十分な光学密度に加えて、レーザービームの直接露出が起こり得る場所で使用するレーザー保護眼鏡は、破損することなくレーザービームの直撃に耐えられる必要があります。保護仕様 (波長と光学密度) は通常、保護眼鏡の上、一般的にはユニットの上部近くに印刷されています。欧州共同体では、製造業者は欧州規格EN 207によって、光学密度ではなく最大出力定格を指定することが義務付けられています。常に安全眼鏡を着用してください。

インターロックと自動シャットダウン

インターロックとは、レーザー筐体や部屋のドアが開いているなど、何らかの条件が満たされない場合にレーザービームを停止する回路です。クラス3Bおよび4のレーザーは通常、外部インターロック回路への接続を提供します。多くのレーザーは、DVDドライブやポータブルCDプレーヤーのように、光がインターロック付きの筐体内に収容されているという理由だけでクラス1とみなされます。

一部のシステムには、他の条件下でレーザーを自動的に停止する電子機器が搭載されています。例えば、一部の光ファイバー通信システムには、光ファイバーが切断または破損した場合に自動的に伝送を停止する回路が搭載されています。[ 28 ] [ 29 ]

レーザー安全担当者

多くの法域では、レーザー機器を操作する組織はレーザー安全責任者（LSO）を任命することが義務付けられています。LSOは、組織内の他のすべての労働者が安全規則を遵守していることを確認する責任を負います。[ 30 ]

レーザーポインター

レーザーポインター

1999年から2016年にかけて、いわゆるレーザーポインターやレーザーペンがもたらすリスクへの注目が高まってきました。通常、レーザーポインターの販売は、地域の規制に応じてクラス3A（<5mW）またはクラス2（<1mW）に制限されています。たとえば、米国、カナダ、英国では、キー作動制御またはその他の安全機能が備えられていない限り、クラス3Aが最大許容クラスです。[ 31 ]オーストラリアでは、クラス2が最大許容クラスです。しかし、施行がそれほど厳しくないことが多いため、クラス2以上のレーザーポインターは、レーザーポインターが許可されていない国でも販売されていることがよくあります。

Van Norren ら (1998) [ 32 ]は、医学文献で 1 mW 未満のクラス III レーザーによって視力障害が生じた例を 1 つも見つけることができなかった。Mainster ら (2003) [ 33 ]は、約 5 mW の赤色レーザー ポインターを目に近づけて 10 秒間レーザー光線を見つめることによって一時的に視力を損傷した 11 歳の子供の症例を示している。この子供は暗点(盲点) を経験したが、3 か月後に完全に回復した。Luttrull と Hallisey (1999) は、同様の症例を報告している。この男性は 34 歳の男性で、クラス IIIa の 5 mW 赤色レーザーの光線を 30 ～ 60 秒間見つめた結果、一時的な中心暗点と視野欠損を起こした。彼の視力は、眼科検査を受けた 2 日以内に完全に回復した。眼科医が目の網膜を詳細に視覚化するために使用する技術である静脈内フルオレセイン眼底血管造影検査により、中心窩の微妙な変色が確認されました。

したがって、赤色レーザー ポインターに見られるような 5 mW 未満のレーザーに 0.25 秒間短時間さらされても、目の健康を脅かすことはないようです。一方、クラス IIIa レーザー a の光線を至近距離で数秒以上意図的に見つめると、傷害を負う可能性があります。傷害が起こったとしても、ほとんどの人は視力を完全に回復します。これらよりもさらに経験する不快感は、身体的なものというよりは心理的なものかもしれません。緑色レーザー ポインターに関しては、安全な曝露時間はより短い可能性があり、さらに高出力のレーザーでは、即時の永久的な損傷が予想されます。これらの結論は、特定の処方薬がレーザー光の一部の波長と相互作用して感受性の増加 (光毒性) を引き起こす可能性があるという最近の理論的観察によって修正される必要があります。

レーザーポインターによる目の物理的損傷の問題以外にも、いくつかの望ましくない影響が考えられます。たとえば、夜間運転中など暗い場所でレーザービームに遭遇した場合、短時間の閃光による失明を起こすことがあります。これにより、一時的に車両を制御できなくなります。航空機に向けられたレーザーは航空にとって危険です。警察官が自分の胸に赤い点を見つけた場合、狙撃兵が自分を狙っていると判断し、攻撃的な行動を取る可能性があります。[ 34 ]さらに、この種のレーザー光に予期せずさらされ​​た一部の人が示す驚愕反射により、自傷行為や制御不能になったケースが報告されています。これらの理由および同様の理由から、米国食品医薬品局はレーザーポインターは玩具ではなく、大人の直接の監督下でない限り未成年が使用すべきではないと勧告しています。

通信用光ファイバー

光ファイバーレーザーの安全性は、通常動作時には光線にアクセスできないという特徴があります。そのため、アクセスできるようにするには、プラグを抜いたり、何かを壊したりする必要があります。その結果、出射光線は非常に拡散するため、目の安全性は距離と拡大鏡の使用の有無に大きく左右されます。

実際には、設置されているシステムの大多数は、出力レベルが通常 1 mW 未満で波長が赤外線（クラス 1 など）であるため、偶発的に曝露されても健康に影響が出る可能性は低いと考えられます。ただし、いくつかの重要な例外があります。

ほとんどのシングルモード/マルチモード光ファイバーシステムは、実際には人間の目には見えない赤外線を使用しています。この場合、眼を嫌悪する反応は起こりません。例外として、670～1000 nmで動作するシステムでは、実際には非常に強い光線であっても、鈍い赤色に見えることがあります。技術者は、628～670 nm付近の赤色レーザーを故障検出に使用することもあります。これらのレーザーは、特に異常に高出力の場合、誤った見方をすると重大な危険を及ぼす可能性があります。このような可視故障検出装置は通常、1mWまではクラス2、10mWまではクラス2Mに分類されます。

長距離システムでは、高出力光増幅器が使用されます。これらの増幅器では、最大数ワットの出力レベルを持つ内部ポンプレーザーが使用されるため、大きな危険となります。ただし、これらの出力レベルは増幅器モジュール内に抑えられています。一般的な光コネクタ（拡張ビームではないもの）を使用するシステムは、通常約 100 mW を超えることはできません。この出力レベルを超えると、シングルモードコネクタは信頼できなくなります。そのため、システムにシングルモードコネクタがある場合は、他の詳細が不明な場合でも、設計出力レベルは常にこのレベルを下回ります。これらのシステムに関するもう 1 つの要素は、1550 nm の波長帯域（光増幅器で一般的）周辺の光は、網膜に焦点が合う前に眼液が光を吸収するため、比較的リスクが低いと見なされることです。このため、このようなシステムの全体的なリスク要因は減少する傾向があります。

光学顕微鏡や拡大装置も、安全性に関して特有の課題を抱えています。光パワーが存在する場合、簡易拡大装置を用いて光ファイバー端面を検査すると、ビーム全体が目に映る可能性があるため、ビームの発散による保護が失われます。したがって、このような状況では簡易拡大装置を決して使用すべきではありません。光コネクタ検査顕微鏡には遮光フィルターが組み込まれており、目の安全性を大幅に向上させています。最新の設計の顕微鏡[ 35 ]には、赤色欠陥位置特定レーザーに対する保護機能も組み込まれています。

ビーム以外の危険 - 電気およびその他の

レーザーの危険性の大部分はビーム自体に起因しますが、レーザーシステムの使用に伴い、ビーム以外の危険性もしばしば存在します。多くのレーザーは高電圧装置であり、通常、5mJの小型パルスレーザーで400V以上、高出力レーザーでは数キロボルトを超えます。これに、レーザーやその他の関連電気機器を冷却するための高圧水が加わると、レーザービーム自体よりも大きな危険性が生じる可能性があります。

浸水時の感電リスクを軽減するため、電気機器は通常、床面から少なくとも250mm（10インチ）の高さに設置する必要があります。光学台、レーザー、その他の機器は適切に接地する必要があります。筐体のインターロックを遵守し、トラブルシューティングの際は特別な注意を払う必要があります。

電気的危険性に加えて、レーザーは特定の設置環境に特有の化学的、機械的、その他の危険性を引き起こす可能性があります。化学的危険性には、レーザー固有の物質、例えばアルゴンイオンレーザー管内の酸化ベリリウム、エキシマレーザー内のハロゲン、色素レーザー内の有毒または可燃性溶剤に溶解した有機染料、ヘリウムカドミウムレーザー内の重金属蒸気やアスベスト断熱材などが含まれます。また、レーザー加工中に放出される物質、例えば金属の切断や表面処理から発生する金属ヒューム、あるいはプラスチックをレーザー切断する際の高エネルギープラズマで生成される分解生成物の複雑な混合物なども含まれる場合があります。

機械的な危険には、真空ポンプや圧力ポンプの可動部品、フラッシュランプ、プラズマ管、ウォータージャケット、ガス処理装置 の爆縮や爆発などが含まれます。

高出力のクラス IIIB レーザーまたはクラス IV レーザーの操作によって、高温や火災の危険が発生する可能性もあります。

商用レーザーシステムでは、ヒュージブルプラグ、サーマルインタラプタ、圧力リリーフバルブなどの危険軽減策により、例えば水冷ジャケットの閉塞に起因する水​​蒸気爆発などの危険性を軽減できます。インターロック、シャッター、警告灯は、現代の商用システムにおいて重要な要素となることがよくあります。古いレーザー、実験用および趣味用のシステム、そして他の機器から取り外されたシステム（OEMユニット）では、誤用や様々な故障モードによる影響を予測し、軽減するために特別な注意を払う必要があります。

参照

参考文献

  1. ^ a b c d e IEC 60825-1:2014レーザー製品の安全性 - パート1：機器の分類および要件（英語、フランス語、スペイン語）（第3版）。国際電気標準会議。2014年5月15日。p. 220。– TC 76 – 光放射線の安全性とレーザー機器
  2. ^ Osama Bader、Harvey Lui (1996). 「レーザーの安全性と目：隠れた危険と実用的なヒント」
  3. ^ Chuang LH, Lai CC, Yang KJ, Chen TL, Ku WC (2001). 「高エネルギーNd:YAGレーザーによる外傷性黄斑円孔」.眼科手術レーザー. 32 (1): 73–6 . doi : 10.3928/1542-8877-20010101-14 . PMID 11195748 . 
  4. ^ Rogov P.Yu.; Knyazev MA; Bespalov VG (2015). 「ヒトの眼の硝子体を模擬した媒質中におけるフェムト秒レーザー放射伝搬における線形および非線形過程の研究」 .情報技術、機械、光学に関する科学技術ジャーナル. 15 (5): 782– 788. doi : 10.17586/2226-1494-2015-15-5-782-788 .
  5. ^バート・エリアス、ウェッセルズ、G (2005). 「航空機コックピットへのレーザー照射：背景と航空安全・セキュリティへの脅威への対処策」（PDF） . CRS議会報告書. 1281 : 1350. doi : 10.1016/j.ics.2005.03.089 .
  6. ^ Breitenbach RA, Swisher PK, Kim MK, Patel BS (1993). 「戦闘パイロットのリスク要因としての光性くしゃみ反射」. Mil. Med. 158 (12): 806–9 . doi : 10.1093 / milmed/158.12.806 . PMID 8108024. S2CID 10884414 .  
  7. ^ K. Schröder編 (2000). 「産業用レーザー安全ハンドブック」ウィーン工科大学. 2007年12月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  8. ^ 「印刷用記事」 。 2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年10月30日閲覧。
  9. ^ 「ANSI Z136.1 - レーザーの安全な使用」レーザー研究所。2017年8月11日。
  10. ^ 「レーザーダイオードとLED光源を利用した光ファイバー通信システムの安全な使用」 。 2022年12月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年8月29日閲覧。
  11. ^ 「ANSI Z136.3 - 医療におけるレーザーの安全な使用」レーザー研究所、2017年8月11日。
  12. ^ 「ANSI Z136.4 - 危険評価のためのレーザー安全測定に関する推奨基準」レーザー研究所。2017年8月11日。
  13. ^ 「ANSI Z136.5 - 教育機関におけるレーザーの安全な使用」レーザー研究所、2017年8月29日。
  14. ^ 「ANSI Z136.6 - 屋外におけるレーザーの安全な使用」レーザー研究所、2017年8月29日。
  15. ^ 「ANSI Z136.7 - レーザー保護装置の試験と表示」レーザー研究所。2017年8月29日。
  16. ^ 「ANSI Z136.8 - 研究、開発、または試験におけるレーザーの安全な使用」レーザー研究所。2017年8月29日。
  17. ^ 「ANSI Z136.9 - 製造環境におけるレーザーの安全な使用」レーザー研究所。2017年8月29日。
  18. ^ 「greenTEG アプリケーションノート レーザー出力」 。 2015年2月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年11月7日閲覧。
  19. ^ Center for Devices and Radiological (2021年3月18日). 「レーザーに関するよくある質問」 . FDA.gov . 米国食品医薬品局. 2009年6月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  20. ^ “レーザー - Gefährdungsklassen” . www.code-knacker.de (ドイツ語) 。2020 年8 月 11 日に取得。
  21. ^ A. Hendersonレーザー安全ガイド0412729407 1997 p199 「多くの医療用レーザーシステムは発散放射を発生するため、NOHD（公称眼障害距離）とNOHA（公称眼障害領域）の知識が役立つ場合があります。（数メートルの障害距離は、医療用レーザーシステムでよく見られます。）
  22. ^レーザー安全に関する10の黄金律。例えば、ローザンヌ工科大学 などで使用されている。2007年8月23日アーカイブ、 Wayback Machineおよびノッティンガム大学にて。
  23. ^ 「CCLRCレーザー安全規定第1号、付録5：レーザー安全チェックリスト」。Central Laser Facility、英国。2009年1月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  24. ^レーザー安全マニュアルArchived 2019-07-14 at the Wayback Machine . California Institute of Technology (1998)
  25. ^ケネス・バラット著『レーザー安全管理』CRCプレス、2006年
  26. ^レーザー安全ガイドライン. 2016年9月8日アーカイブ.バージニア大学 (2004).
  27. ^ 「OSHA技術マニュアル - セクションIII：第6章」。OSHA。
  28. ^ 「Cisco Metro 1500における自動レーザーシャットダウン」。Cisco。2004年6月15日。2010年1月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年9月10日閲覧。
  29. ^米国特許6194707、ヤン・キソン、「光伝送システムにおける自動レーザーシャットダウン方法および装置」、2001年2月27日発行、サムスン電子株式会社に譲渡 
  30. ^ 「レーザーの安全性」 。 2011年4月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年5月19日閲覧。
  31. ^ 「CFR - 連邦規則集 第21編」 .米国食品医薬品局(FDA) . 2002年11月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  32. ^ Van Norren D.、Keunen JE、Vos JJ、1998 年。レーザー ポインター: 目への危険性は実証されていません。ネッド・ティジシュル・ジェネスクド。 142(36):1979–82
  33. ^ Mainster, MA, Stuck, BE & Brown, J., Jr 2004. 網膜レーザー損傷の疑いのある症例の評価. Arch Ophthalmol, 122, 1210–1217
  34. ^「レーザー光線に手を伸ばした男が射殺される」オーランド・センチネル紙、2005年2月7日
  35. ^ 「目の安全性を向上させた光ファイバー顕微鏡」 www.kingfisher.com.au 。 2010年9月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=レーザー安全&oldid=1337147452 #Class_IV」より取得