BR102019026686A2

BR102019026686A2 - sistema para projetar um feixe linear de luz em um objeto distante

Info

Publication number: BR102019026686A2
Application number: BR102019026686-4A
Authority: BR
Inventors: Kent Allan Ramthun; Weibin Zhang
Original assignee: Rosemount Aerospace Inc.
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-10-27
Also published as: EP3726245B1; CA3062696A1; EP3726245A1

Abstract

Trata-se de aparelho e métodos associados que se referem a um conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis configuradas para realizar varredura de um feixe de luz linearmente estruturado em uma cena. Cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis é distribuída ao longo de um eixo geométrico comum. Cada uma das barras de diodo laser controladas independentemente é configurada para emitir um feixe de luz em uma direção de emissão ortogonal ao eixo geométrico comum. Cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis pode ser energizada em uma sequência, realizando-se varredura da cena na direção do eixo geométrico comum.

Description

SISTEMA PARA PROJETAR UM FEIXE LINEAR DE LUZ EM UM OBJETO DISTANTE

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO (OU PEDIDOS RELACIONADOS)

[001] Este pedido é uma continuação em parte do Pedido n° U.S. 15/936.095 depositado em 26 de março de 2018 para “Scanned Linear Illumination of Distant Objects” por K. Ramthun e J. Pesik, que está incorporado no presente documento a título de referência.

ANTECEDENTES

[002] A cada ano, uma quantidade significativa de tempo e dinheiro é perdida devido a acidentes e incidentes de aeronave comercial durante operações terrestres, dos quais porções significativas ocorrem durante manobras de taxiamento. Durante operações terrestres, a aeronave compartilha as vias de circulação com outras aeronaves, veículos de combustível, trens de carregamento de bagagem, escadas móveis e muitos outros objetos. Aeronaves frequentemente taxiam para e/ou a partir de prédios fixos e outros objetos fixos. Se uma aeronave colide com qualquer um desses objetos, a aeronave deve ser concertada e recertificada como capaz de ser operada. O custo de reparo e recertificação, assim como os custos de perda de oportunidade associados à aeronave estando indisponível para uso podem ser muito caros.

[003] Pilotos estão localizados em uma cabine de comando central onde estão bem posicionados para observar objetos que estão diretamente em frente da cabine da aeronave. Objetos que não estão localizados diretamente em frente da cabine, no entanto, podem ser mais difíceis de se observar. As asas estão presas à cabine atrás da cabine de comando e se estendem lateralmente a partir da cabine em ambas direções. Algumas aeronaves comerciais e militares têm envergaduras de asa maiores e, assim, as asas nessas aeronaves se estendem lateralmente em uma grande distância a partir da cabine e estão, assim, posicionadas atrás e fora do campo de visão da cabine de comando. Alguns aviões comerciais e militares têm motores que se penduram abaixo das asas da aeronave. Pilotos, posicionados na cabine, podem ter dificuldade em saber o risco de colisões entre objetos externos à aeronave e as pontas das asas e/ou motores.

[004] Existem vários tipos de operações terrestres que uma aeronave deve realizar em um aeroporto, cada uma delas apresenta diferentes riscos de colisão para a aeronave. A fases taxiamento no pouso e taxiamento na decolagem exigem que a aeronave se mova entre a pista e os portões de terminal, por exemplo. Durante taxiamento no pouso, a aeronave deve primeiro transitar da pista para uma via de circulação e, então, para a porta de entrada. Por vezes, a via de circulação pode incluir uma rede elaborado de ruas que exigem que a aeronave se desloque sobre trechos retos, assim como curvas e transições para/a partir da via de circulação. Algumas operações de taxiamento em alta velocidade ocorrem em vias de circulação de um caminho dedicadas apenas às aeronaves. Durante tal operação de taxiamento de alta velocidade, objetos relativamente distantes localizados na direção dianteira da aeronave podem apresentar o maior risco de colisão na aeronave. Durante a abordagem de porta de entrada e taxiamento de baixa velocidade, objetos próximos às asas e nacelas do motor podem apresentar o maior risco de colisão na aeronave.

SUMÁRIO

[005] Aparelho e métodos associados se referem a um sistema para projetar um feixe linear de luz em um objeto distante. O sistema inclui um conjunto de barras de diodo laser controláveis distribuídas independentemente ao longo de um eixo geométrico comum. Cada uma das barras de díodo laser independentemente controláveis é configurada para emitir um feixe de luz em uma direção de emissão ortogonal ao eixo geométrico comum. O feixe de luz emitido diverge sobre a direção de emissão em um primeiro ângulo de divergência no plano que inclui a direção de emissão e uma direção de eixo geométrico rápido paralela ao eixo geométrico comum. O feixe de luz emitido diverge sobre a direção de emissão em um segundo ângulo de divergência no plano que inclui a direção de emissão e uma direção de eixo geométrico lento. O segundo ângulo de divergência é menor que o primeiro ângulo de divergência.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[006] A Figura 1A é uma vista esquemática de um sistema de alerta de colisão da aeronave usado por uma aeronave em uma pista de táxi.

[007] A Figura 1B representa uma imagem capturada por uma câmera do sistema de alerta de colisão montada na aeronave representada na Figura 1A.

[008] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de um projetor linear configurado para focalizar um feixe linear a uma distância predeterminada.

[009] A Figura 3 é uma vista plana do projetor linear representado na Figura 2.

[0010] A Figura 4 é uma vista em elevação lateral do projetor linear representado nas Figuras 2 e 3.

[0011] A Figura 5 é um diagrama esquemático de um único diodo laser e um feixe projetado anotado com várias características de feixe.

[0012] A Figura 6 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma barra de diodos laser que pode fornecer a energia óptica para um projetor linear configurado para focalizar um feixe linear a uma distância predeterminada.

[0013] As Figuras 7A a 7C representam projetores lineares com vários mecanismos de varredura.

[0014] As Figuras 8A a 8B são vistas em elevação lateral e planas de uma modalidade de um conjunto de barras de díodo laser independentemente controláveis, que pode ser usado para realizar varredura de um padrão de iluminação linear em uma cena.

[0015] As Figuras 9Aa a 9B são vistas em elevação lateral e planas de outra modalidade de um conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis que podem ser usadas para realizar varredura de um padrão de iluminação linear em uma cena.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0016] Aparelho e métodos associados se referem ao projeto de um feixe de luz linear em um objeto distante. Um ou mais díodos laser são configurados para emitir um ou mais feixes de luz elípticos em uma direção de emissão. Se mais de um díodo laser for usado, os mesmos estarão alinhados de modo a terem facetas de emissão coplanares e direções de eixo geométrico lento e eixo geométrico rápido comuns, que são perpendiculares umas às outras e à direção de emissão. Uma primeira lente cilíndrica é configurada para receber o(s) feixe(s) emitido(s) e para colimar cada um dos feixes emitidos na direção de eixo geométrico rápido perpendicular a uma direção de eixo geométrico lento. Uma segunda lente cilíndrica é configurada para receber o feixe (ou feixes) emitido e para divergir o feixe (ou feixes) emitido na direção de eixo geométrico lento, de modo que, se mais de um feixe for emitido, os mesmos serão desviados de modo a sobreporem uns aos outros na direção de eixo geométrico lento.

[0017] Um feixe linear de luz é um que tem uma grande razão de dimensões de feixe nas direções ortogonais transversais à direção de propagação. Por exemplo, se um projetor de luz projeta um feixe de luz em uma direção paralela a uma superfície de nível terrestre e o feixe de luz tem uma grande dimensão azimutal e uma pequena dimensão em elevação, tal feixe de luz ilumina uma área retangular de uma tela normal para a direção de projeção. A área retangular iluminada pode ser chamada de uma linha horizontal de iluminação se a razão entre a dimensão azimutal e a dimensão em elevação for muito maior que a dimensão em elevação. Por exemplo, se a razão da dimensão azimutal para dimensão em elevação for maior que 50:1, 100:1, 200:1 ou mais, então a área iluminada é substancialmente linear. De maneira similar, se o projetor de luz projeta um feixe de luz em uma direção paralela a uma superfície de nível terrestre e o feixe de luz tem uma pequena dimensão azimutal e uma grande dimensão em elevação, tal feixe de luz, novamente, ilumina uma área retangular de uma tela normal para a direção de projeção. Porém, nesse cenário, a área retangular iluminada pode ser chamada de uma linha vertical de iluminação se a razão entre a dimensão em elevação e a dimensão azimutal for muito maior que a dimensão em elevação.

[0018] Tais feixes lineares de iluminação podem ser usados na determinação da distância para o objeto sobre o qual os feixes lineares foram projetados. Por exemplo, se o feixe for projetado a partir de uma primeira localização de uma aeronave, e uma câmera que é montada em uma diferente localização na aeronave captura imagens do padrão de iluminação, essas imagens capturadas podem conter informações de distância e/ou faixa com relação aos objetos distantes que refletem os feixes lineares. O feixe linear, por exemplo, pode parecer quebrado nas imagens capturadas nas localizações de imagem que correspondem às descontinuidades de iluminação - bordas de objetos em primeiro plano. Ademais, se o feixe linear emitido projetado for configurado de modo a ser coplanar com a câmera, então, a triangulação pode ser usada para determinar as distâncias dos objetos que refletem o feixe linear projetado. As localizações e/ou faixas podem ser calculados com base em uma localização de um projetor, uma localização de uma câmera ou imageador, e as coordenadas de pixel sob as quais o feixe linear refletido é focado.

[0019] O feixe linear pode ser um pulso de luz projetado em um padrão linear, tal como, por exemplo, um pulso que tem um ângulo de elevação fixado de projeção, porém, que tem um ângulo azimutal de projeção entre +/- 25 graus ou mais a partir da direção nominal. Em algumas modalidades, o feixe linear pode ser um feixe colimado rastreado ou varrido em uma direção perpendicular ao plano que contém o feixe linear. O feixe linear é projetado dentro de um campo de visão controlado. Isso significa que fora do campo de visão controlado, substancialmente nenhuma energia luminosa é projetada. No presente documento, o termo feixe linear indica que a luz é projetada dentro do campo de visão de uma tal maneira que a luz projetada não seja uniformemente projetada ao longo do ângulo sólido de projeção. Por exemplo, luz será principalmente projetada ao longo de determinados ângulos azimutais e/ou em elevação que compreendem um subconjunto dos ângulos azimutais e em elevação dentro do ângulo sólido de projeção de luz. Outros subconjuntos do ângulo sólido de projeção de luz podem ser usados para projeção de feixe linear.

[0020] Em algumas modalidades, o feixe linear pode ter um comprimento de onda que corresponde à luz infravermelha e/ou a uma banda de absorção atmosférica. O uso de luz infravermelha, pois está fora do espectro visível, pode minimizar uma distração a um piloto que está taxiando a aeronave. O uso de luz infravermelha que tem um comprimento de onda dentro de uma banda de absorção atmosférica pode permitir iluminação de projetor de baixa potência, como a potência de iluminação não precisa competir com a iluminação do sol em tal banda de absorção. Saber de uma primeira localização em uma aeronave a partir da qual a luz é projetada, uma segunda localização em uma aeronave a partir da qual o reflexo é imageado e uma coordenada de pixel dentro da imagem que corresponde a um objeto do qual a luz é refletido permite um cálculo da localização e/ou faixa daquele objeto refletido.

[0021] A Figura 1A é uma vista esquemática de um sistema de alerta de colisão de aeronave exemplificativo usado por uma aeronave em uma via de circulação. Na Figura 1A, uma primeira aeronave 10 está taxiando pela pista de mão única 12. A primeira aeronave 10 está se aproximando do cruzamento de via de circulação 14. A segunda aeronave 16 está perto do cruzamento de via de circulação 14 na via de circulação. A primeira aeronave 10 está equipada com o sistema de alerta de colisão de aeronave 20. O sistema de alerta de colisão de aeronave 20 inclui o projetor linear 22, câmera 24 e um controlador 26. Na modalidade representada, o projetor linear 22 é montado no estabilizador vertical 28 da cauda 30. O projetor linear 22 é configurado para projetar o feixe linear 32 em uma cena externa à primeira aeronave 10, iluminando assim objetos externos à primeira aeronave 10. O projetor linear 22 pode ser montado em outros locais na primeira aeronave 10 em outras modalidades. O controlador 26 controla e/ou realiza varredura na direção da projeção, de modo que o projetor linear 22 projete o feixe linear 32 dentro de uma direção controlada da projeção. Na modalidade representada, a direção da projeção abrange vários ângulos de elevação da projeção 34A.

[0022] As direções de projeção podem ser ortogonais à direção angular do feixe linear 32. Por exemplo, caso o feixe linear 32 esteja em um plano aproximadamente paralelo a uma superfície do solo (<5>por exemplo,</5> projetar linhas horizontais em objetos distantes), então, o controlador 26 pode ser configurado para realizar varredura com o feixe linear 32 de maneira em elevação. Por outro lado, caso o feixe linear 32 esteja em um plano perpendicular a uma superfície do solo (<6> por exemplo,</6> projetar linhas verticais em objetos distantes), então, o controlador 26 pode ser configurado para realizar a varredura com feixe linear 32 de maneira azimutal. Focalizando-se o feixe linear 32 de modo a formar linhas de iluminação em objetos distantes, a potência necessária para projetar o feixe linear 32 pode ser reduzida.

[0023] A Figura 1B representa uma imagem capturada por uma câmera do sistema de alerta de colisão montado na aeronave representada na Figura 1A. Na Figura 1B, a imagem capturada 40A tem um campo de visão proporcional ao ângulo de projeção sólido do feixe linear 32. A imagem capturada 40A mostra a segunda aeronave 16 na via de circulação. Sobrepostas na via de circulação e na segunda aeronave 16 estão as linhas 32A a 32D geradas pelo projetor linear 22. Devido ao fato de que o projetor linear 22 e a câmera 24 são montados na primeira aeronave 10 em locais diferentes, as linhas 32A a 32D terão descontinuidades 42 na imagem capturada 40A onde o feixe linear 32 encontra objetos, tais como a segunda aeronave 16. Tais descontinuidades 42 na imagem capturada 40A indicam as diferenças nas localizações e/ou faixas dos objetos a partir das quais o feixe linear 32 reflete.

[0024] Tais sistemas de alerta de colisão de aeronaves, conforme descrito com referência às Figuras 1A a 1B foram divulgados por Rutkiewicz et al., Pedido de Patente n° U.S. 15/489381, intitulado “Method and System for Aircraft Strike Alerting” depositado em 17 de abril de 2017 cujo relatório descritivo é incorporado no presente do documento a título de referência.

[0025] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de um projetor linear configurado para focalizar um feixe linear a uma distância predeterminada. Na Figura 2, o projetor linear 22 inclui barra de diodo laser 44, primeira lente cilíndrica convexa 45, primeira lente cilíndrica côncava 46, segunda lente cilíndrica côncava 48 e segunda lente cilíndrica convexa 50. A barra de diodo laser 44 inclui uma pluralidade de diodos laser todos alinhados de modo que cada um emita um feixe na direção de emissão De normal ao plano de emissão PE, que é coplanar com facetas de emissão de cada um dentre a pluralidade de diodos laser da barra de diodos laser 44. Cada um dentre os diodos laser possui uma direção de eixo geométrico rápido DFA e uma direção de eixo geométrico lento DSA aproximadamente iguais à direção do eixo geométrico rápido DFA e a direção do eixo geométrico lento DSA, respectivamente, que pertencem a cada um dos outros dos vários diodos laser da barra de diodos laser 44. Várias modalidades podem usar mais ou menos diodos laser, incluindo uma modalidade na qual um único diodo laser pode ser usado para emitir um feixe óptico. A direção do eixo geométrico rápido Dfa, a direção do eixo geométrico lento DSA e a direção de emissão DE são todas ortogonais entre si, na modalidade representada.

[0026] Os pulsos simultâneos de energia óptica são emitidos por cada um dentre a pluralidade de diodos laser da barra de diodos laser 44. Os pulsos de energia óptica emitidos simultaneamente são emitidos a partir de facetas de emissão localizadas ao longo do eixo geométrico transversal 52 dentro do plano de emissão PE. Os pulsos emitidos simultaneamente de energia óptica formam o feixe de emissão linear 54 que tem divergência na direção do eixo geométrico lento Dsa e na direção do eixo geométrico rápido DFA. Divergências na direção do eixo geométrico lento são divergências sobre a direção da emissão no plano, incluindo a direção da emissão e a direção do eixo geométrico lento. Divergências na direção do eixo geométrico rápido são divergências sobre a direção da emissão no plano, incluindo a direção da emissão e a direção do eixo geométrico rápido. Na Figura Na representação 2, o feixe de emissão linear 54 é mostrado como tendo um ângulo de divergência de 60 °, medido antes da correção da lente.

[0027] O feixe de emissão linear 54 é, então, recebido pela primeira lente cilíndrica convexa 45. A primeira lente cilíndrica convexa 45 é convexa numa direção de eixo geométrico rápido Dfa e plano numa direção de eixo geométrico lento Dsa. Tal lente pode ser chamada de lente cilíndrica plano-convexa. Como a convexidade da primeira lente cilíndrica convexa 45 está alinhada com a direção do eixo geométrico rápido DFA, a primeira lente cilíndrica convexa 45 é configurada para refratar o feixe de emissão linear 54, de modo a alterar a divergência do feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido. Para lentes cilíndricas plano-convexas, a divergência do feixe é diminuída pela refração. Desse modo, a primeira lente cilíndrica convexa 45 diminui a divergência do feixe de emissão linear recebido 54 na direção do eixo geométrico rápido. Em algumas modalidades, a primeira lente cilíndrica convexa 45 é montada diretamente na barra de diodo laser 44. Algumas modalidades não têm a primeira lente cilíndrica convexa 45.

[0028] A primeira lente côncava 46 é configurada para receber o feixe de emissão linear 54 após ser refratada pela primeira lente cilíndrica convexa 45. A primeira lente cilíndrica côncava 46 é côncava na direção de eixo geométrico rápido DFA e plano na direção de eixo geométrico lento DSA. Tal lente pode ser chamada de lente cilíndrica plano-côncava. Como a concavidade da primeira lente cilíndrica côncava 46 está alinhada com a direção do eixo geométrico rápido DFA, a primeira lente cilíndrica côncava 46 é configurada para refratar o feixe de emissão linear 54, de modo a alterar a divergência do feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido. Para lentes cilíndricas plano-côncavas, a divergência do feixe é aumentada pela refração. Desse modo, a primeira lente cilíndrica côncava 46 aumenta a divergência do feixe de emissão linear recebido 54 na direção do eixo geométrico rápido. Em algumas modalidades, a primeira lente pode ser uma lente cilíndrica, como a lente cilíndrica plano-côncava representada na Figura 2. Em outras modalidades, a primeira lente pode ser uma lente esférica ou não esférica.

[0029] A segunda lente cilíndrica convexa 48 é configurada para receber o feixe de emissão linear 54 depois de ser refratada pela segunda lente cilíndrica côncava 46. A localização representada da segunda lente cilíndrica côncava 48 segue a primeira lente cilíndrica côncava 46, mas, em outras modalidades, a segunda lente cilíndrica côncava pode preceder a primeira lente cilíndrica côncava 46. A Segunda lente cilíndrica côncava 48 é côncava na direção de eixo geométrico lento DSA e plano na direção de eixo geométrico rápido DFA. Como a concavidade da segunda lente cilíndrica côncava 48 está alinhada com a direção do eixo geométrico lento DSA, a segunda lente cilíndrica côncava 48 é configurada para refratar o feixe de emissão linear 54, de modo a alterar a divergência sobre a direção de emissão no plano, incluindo a direção de emissão e uma direção de eixo geométrico lento. Na modalidade representada, a segunda lente cilíndrica côncava 48 aumenta a divergência do feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico lento. Orientando-se a concavidade da segunda lente cilíndrica côncava 48 na direção do eixo geométrico lento que é a direção na qual a pluralidade de diodos laser da barra de diodos laser 44 é alinhada, os pulsos de energia óptica emitidos pelos diodos laser individuais do diodo laser a barra 44 se sobreporão à energia óptica emitida pelos diodos laser vizinhos da barra de diodo laser 44. Essa sobreposição pode resultar em um fator de preenchimento de 100% no feixe de luz linear projetado. Em algumas modalidades, a divergência não resultará em 100% de fator de preenchimento, produzindo um feixe de luz linear tracejado ou um feixe linear com variação periódica de intensidade.

[0030] A segunda lente cilíndrica convexa 50 é configurada para receber o feixe de emissão linear 54 depois de ser refratada pela segunda lente cilíndrica côncava 48. A segunda lente cilíndrica convexa 50 é convexa na direção de eixo geométrico rápido DFA e plano na direção de eixo geométrico lento DSA. Tal lente pode ser chamada de lente cilíndrica plano-convexa. Como a convexidade da segunda lente cilíndrica convexa 50 está alinhada com a direção do eixo geométrico rápido DFA, a segunda lente cilíndrica convexa 50 é configurada para refratar o feixe de emissão linear 54, de modo a alterar a divergência sobre a direção de emissão no plano, incluindo a direção de emissão e uma direção de eixo geométrico rápido. Para lentes cilíndricas plano-convexas, a divergência do feixe é diminuída pela refração. Assim, a segunda lente cilíndrica convexa 50 diminui a divergência do feixe de emissão linear recebido 54 na direção do eixo geométrico rápido. Embora a Figura 2 represente lentes cilíndricas plano-convexas e plano-côncavas, várias modalidades podem usar outros tipos de lentes cilíndricas convexas e côncavas.

[0031] Em algumas modalidades, a combinação da primeira lente cilíndrica convexa 45, primeira lente cilíndrica côncava 46 e segunda lente cilíndrica convexa 50 são configuradas para colimar e/ou focalizar o feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido. Em algumas modalidades, mais ou menos lentes cilíndricas podem ser configuradas para colimar e/ou focalizar o feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido. Em outras modalidades, a primeira lente cilíndrica convexa 45, a primeira lente cilíndrica côncava 46 e a segunda lente cilíndrica convexa 50 são configuradas para focalizar o feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido, de modo que, a uma distância predeterminada do projetor linear 22, o feixe de emissão linear 54 tenha largura de meia magnitude de largura total (FWHM) pequena na direção do eixo geométrico rápido e comprimento de FWHM grande na direção do eixo geométrico lento, ganhando assim o nome de "feixe de emissão linear". Em algumas modalidades, um feixe estreito no a direção do eixo geométrico rápido pode ter uma largura de FWHM inferior a 10 centímetros, 5 centímetros, 3 centímetros ou 2 centímetros na largura do eixo geométrico rápido. Na distância predeterminada à qual o feixe de emissão linear 54 é focalizado, o feixe de emissão linear 54 pode ter um grande comprimento de eixo geométrico lento. Para fins práticos, o comprimento do feixe pode ser considerado muito longo na direção do eixo geométrico lento, com uma razão entre comprimento e largura que excede 100: 1, 1000: 1 ou 10.000:1, a uma distância da emissão em que o feixe é focado, de modo a não impor uma barreira de eixo geométrico lento à passagem do feixe de emissão linear 54.

[0032] Por exemplo, numa modalidade, o projetor linear 22 pode ser configurado para focalizar o feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido DFA a uma distância predeterminada de 150 metros, enquanto diverge de um feixe de emissão linear 54 a 50° na direção do eixo geométrico lento Dsa· À distância predeterminada, a FWHM do feixe de emissão linear 54 pode ser inferior a 1,5 centímetros na direção do eixo geométrico rápido Dfa e pode ter cerca de 140 metros na direção do eixo geométrico lento DSA. A distância predeterminada na qual uma razão entre o comprimento e a largura do feixe pode variar de acordo com as especificações de iluminação do feixe. Por exemplo, o feixe pode ser focado e divergido de modo a fazer com que uma razão entre comprimento e largura de FWHM exceda 50:1, 100:1, 500:1 ou 1.000:1 a uma distância de 50, 80, 100, 120, 200 ou 300 metros do projetor linear 22, por exemplo.

[0033] Devido ao dato de que a detecção do feixe de emissão linear 54 pode ser usada para determinar informações de alcance e/ou localização dos objetos dos quais o feixe reflete, o feixe de emissão linear 54 deve ser detectável por um detector. Para garantir que o feixe de emissão linear 54 seja detectável, o feixe de emissão linear 54 deve ter intensidade maior que o nível de irradiação solar presente durante as condições de luz do dia. A irradiação solar pode chegar a 100.000 lux ou 1 quilowatt por metro quadrado em dias ensolarados. O foco do feixe de emissão linear 54 de uma maneira linear conforme descrito acima pode fornecer intensidades locais do feixe de emissão linear 54 que excedem a irradiação solar, pelo menos para uma porção do espectro solar que inclui o espectro de emissão do feixe de emissão linear 54. Filtrar o espectro de detecção para incluir apenas o espectro de emissão e uma faixa de proteção em ambos os lados do espectro de emissão melhora ainda mais a capacidade d detecção do feixe de emissão linear 54.

[0034] Em algumas modalidades, o feixe de emissão linear 54 está na banda de infravermelho do espectro óptico. Esse espectro de emissão pode ser usado para iluminar objetos distantes, permanecendo indetectável para os seres humanos, de modo a não distrair os pilotos e a equipe de terra. Em algumas modalidades, o feixe de emissão linear 54 pode ter uma largura de banda espectral tão pequena quanto 2,5 nm.

[0035] A Figura 3 é uma vista plana do projetor linear representado na Figura 2. A orientação da vista plana da Figura 3 é útil para descrever a operação do projetor linear 22 na direção do eixo geométrico lento DSA. Na Figura 3, o projetor linear 22 inclui barra de diodo laser 44, primeira lente cilíndrica convexa 45, primeira lente cilíndrica côncava 46, segunda lente cilíndrica côncava 48 e segunda lente cilíndrica convexa 50. A barra de diodo laser 44 inclui uma pluralidade de diodos laser todos alinhados, de modo que cada um emita um feixe na direção de emissão DE. Uma pluralidade de diodos laser da barra de diodos laser 44 gera pulsos simultâneos de energia óptica de cada um dentre a pluralidade de diodos laser, de modo a emitir raios laser de facetas de emissão localizadas ao longo do eixo transversal 52. Na vista plana da Figura 3, apenas a divergência na direção do eixo geométrico lento DSA (ou seja, sobre a direção de emissão no plano, incluindo a direção de emissão e uma direção de eixo geométrico rápido) do feixe de emissão linear 54 pode ser representada. O comprimento de FWHM L na direção do eixo geométrico lento aumenta com o aumento da distância do projetor linear 22 devido à divergência positiva do feixe na direção do eixo geométrico lento.

[0036] O feixe de emissão linear 54 é recebido pela primeira lente cilíndrica convexa 45. A primeira lente cilíndrica convexa 45 é plana na direção do eixo geométrico lento DSA. Devido à planeza da segunda lente cilíndrica convexa 45 na direção do eixo geométrico lento DSA, a segunda lente cilíndrica convexa 45 não altera significativamente a divergência no feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico lento DSA.

[0037] A primeira lente côncava 46 é configurada para receber o feixe de emissão linear 54 após ser refratada pela primeira lente cilíndrica convexa 45. A primeira lente cilíndrica côncava 46 é plana na direção do eixo geométrico lento DSA. Devido à planeza da segunda lente cilíndrica côncava 46 na direção do eixo geométrico lento DSA, a segunda lente cilíndrica côncava 46 não altera significativamente a divergência no feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico lento DSA.

[0038] A segunda lente cilíndrica convexa 48 é configurada para receber o feixe de emissão linear 54 depois de ser refratada pela segunda lente cilíndrica côncava 46. A Segunda lente cilíndrica côncava 48 é côncava na direção de eixo geométrico lento DSA. Como a concavidade da segunda lente cilíndrica côncava 48 está alinhada com a direção do eixo geométrico lento DSA, a segunda lente cilíndrica côncava 48 é configurada para refratar o feixe de emissão linear 54, de modo a alterar a divergência na direção do eixo geométrico lento. Na modalidade representada, a segunda lente cilíndrica côncava 48 aumenta a divergência do feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico lento. Orientando-se a concavidade da segunda lente cilíndrica côncava 48 na direção do eixo geométrico lento que é a direção na qual a pluralidade de diodos laser da barra de diodos laser 44 é alinhada, os pulsos de energia óptica emitidos pelos diodos laser individuais do diodo laser a barra 44 se sobreporão à energia óptica emitida pelos diodos laser vizinhos da barra de diodo laser 44.

[0039] A segunda lente cilíndrica convexa 50 é configurada para receber o feixe de emissão linear 54 após ser refratada pela segunda lente cilíndrica côncava 48. A segunda lente cilíndrica convexa 50 é plana na direção do eixo geométrico lento DSA. Devido à planeza da segunda lente cilíndrica convexa 50 na direção do eixo geométrico lento DSA, a segunda lente cilíndrica convexa 50 não altera significativamente a divergência no feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico lento DSA.

[0040] A Figura 4 é uma vista em elevação lateral do projetor linear representado nas Figuras 2 e 3. A orientação da vista em elevação lateral da Figura 4 é útil para descrever a operação do projetor linear 22 na direção do eixo geométrico rápido DFA. Na Figura 4, o projetor linear 22 inclui barra de diodo laser 44, primeira lente cilíndrica convexa 45, primeira lente cilíndrica côncava 46, segunda lente cilíndrica côncava 48 e segunda lente cilíndrica convexa 50. A barra de diodo laser 44 inclui uma pluralidade de diodos laser todos alinhados de modo que, da perspectiva da elevação lateral, o feixe seja emitido a partir de um ponto e na direção de emissão DE. Na vistas em elevação lateral da Figura 4, apenas a divergência na direção do eixo geométrico rápido DFA (ou seja, na direção de emissão no plano, incluindo a direção de emissão e uma direção de eixo geométrico rápido) do feixe de emissão linear 54 pode ser representada. A largura W FWHM na direção do eixo geométrico rápido não aumenta significativamente com a distância do projetor linear 22 devido à divergência não positiva do feixe na direção do eixo geométrico rápido. Para feixes colimados, o ângulo de divergência na direção do eixo geométrico rápido é aproximadamente zero (por exemplo, entre +/- alguns graus) e, para feixes focalizados, o ângulo de divergência na direção do eixo geométrico rápido é negativo. Desse modo, o feixe se estreita com o aumento da distância até uma distância de projeção aproximadamente igual a um ponto focal do sistema óptico. Além desse ponto focal, a largura do feixe W aumenta com um ângulo de divergência aproximadamente oposto (ou seja, inverso aditivo) o ângulo de divergência medido na lente de focagem.

[0041] O feixe de emissão linear 54 é recebido pela primeira lente cilíndrica convexa 45. A primeira lente cilíndrica convexa 45 é convexa na direção de eixo geométrico rápido DFA. Devido ao fato de que a convexidade da primeira lente cilíndrica convexa 45 está alinhada à direção do eixo geométrico rápido DFA, a primeira lente cilíndrica convexa 45 é configurada para refratar o feixe de emissão linear 54 de modo a alterar a divergência do feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido DFA. Para uma configuração de lente convexa, a divergência do feixe é reduzida pela refração. Desse modo, a primeira lente cilíndrica convexa 45 diminui a divergência do feixe de emissão linear recebido 54 na direção do eixo geométrico rápido. A primeira lente cilíndrica convexa pode ser usada em combinação com a primeira lente cilíndrica côncava 46 e/ou a segunda lente cilíndrica convexa 50 para colimar e/ou focalizar o feixe de emissão linear 54 em uma direção de eixo geométrico rápido, como será descrito abaixo.

[0042] A primeira lente côncava 46 é configurada para receber o feixe de emissão linear 54 após ser refratada pela primeira lente cilíndrica convexa 45. A primeira lente cilíndrica côncava 46 é côncava na direção do eixo geométrico rápido DFA. Devido ao fato de que a concavidade da primeira lente cilíndrica côncava 46 está alinhada à direção do eixo geométrico rápido DFA, a primeira lente cilíndrica côncava 46 é configurada para refratar o feixe de emissão linear 54, de modo a alterar a divergência do feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido DFA. Para uma configuração de lente côncava, a divergência do feixe é aumentada pela refração. Desse modo, a primeira lente cilíndrica côncava 46 aumenta a divergência do feixe de emissão linear recebido 54 na direção do eixo geométrico rápido.

[0043] A segunda lente côncava 48 é configurada para receber o feixe de emissão linear 54 após ser refratada pela primeira lente cilíndrica côncava 46. A segunda lente cilíndrica côncava 48 é plana na direção do eixo geométrico rápido DFA. Devido ao fato de que a planeza da segunda lente cilíndrica côncava 48 na direção do eixo geométrico rápido DFA, a segunda lente cilíndrica côncava 48 não altera significativamente a divergência no feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido DFA.

[0044] A segunda lente cilíndrica convexa 50 é configurada para receber o feixe de emissão linear 54 após ser refratada pela primeira lente cilíndrica côncava 46. A segunda lente cilíndrica convexa 50 é convexa na direção do eixo geométrico rápido DFA. Devido ao fato de que a convexidade da segunda lente cilíndrica convexa 50 está alinhada à direção do eixo geométrico rápido DFA, a segunda lente cilíndrica convexa 50 é configurada para refratar o feixe de emissão linear 54 de modo a alterar a divergência do feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido DFA. Para uma configuração de lente convexa, a divergência do feixe é reduzida pela refração. Desse modo, a segunda lente cilíndrica convexa 50 diminui a divergência do feixe de emissão linear recebido 54 na direção do eixo geométrico rápido.

[0045] Em algumas modalidades, a combinação da primeira lente cilíndrica côncava 46 e da segunda lente cilíndrica convexa 50 é configurada para colimar e/ou focalizar o feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido. Em outras modalidades, a primeira lente cilíndrica côncava 46 e a segunda lente cilíndrica convexa 50 são configuradas para focalizar o feixe de emissão linear 54 na direção do eixo geométrico rápido, de modo que, a uma distância predeterminada do projetor linear 22, o feixe de emissão linear 54 tenha uma pequena largura na direção do eixo geométrico rápido. Por exemplo, a largura total de meia magnitude (FWHM) da energia óptica pode ser igual ou inferior a 5 centímetros, 3 centímetros ou 2 centímetros na direção do eixo geométrico rápido. Na distância predeterminada à qual o feixe de emissão linear 54 é focalizado, o feixe de emissão linear 54 pode ter uma grande direção de eixo geométrico lento.

[0046] A Figura 5 é um diagrama esquemático de um único diodo laser e um feixe projetado anotado com várias características de feixe. Na Figura 5, o diodo laser 44A é um dentre a pluralidade de diodos laser da barra de diodo laser 44 representada nas Figuras 2 a 4. O diodo laser 44A inclui a porção semicondutora 56 na qual é formada a camada ativa 58. A faceta traseira 60 e a faceta de emissão 62 são formadas em lados opostos da camada ativa 58. A faceta traseira 60 pode ser revestida com um revestimento que causa uma reflexão interna quase total da energia óptica. O diodo laser 44A é mostrado emitindo o pulso de energia óptica 54A na direção de emissão DE normal à faceta de emissão 62.

[0047] O pulso da energia óptica 54A é elíptico, astigmático e tem grande divergência. O pulso da energia óptica 54A é gerado na camada ativa 58 da porção semicondutora 56 e é emitido da faceta de emissão 62 em uma extremidade da camada ativa 58. Devido ao fato de que a camada ativa 58 do diodo laser 44A tem uma seção transversal de forma retangular - fina na direção do eixo geométrico rápido DFA e larga na direção do eixo geométrico lento - DSA o pulso emitido de energia óptica 54A na faceta de emissão 62 tem um formato elíptico conforme representado. Por exemplo, na modalidade representada, o pulso da energia óptica 54A emitida na faceta de emissão 62 tem cerca de cinco mícrons na direção vertical para a camada ativa 58 (a direção do eixo geométrico rápido DFA) e centenas de mícrons na direção horizontal à camada ativa 58 (a direção do eixo geométrico lento DSA).

[0048] Várias modalidades usam várias fontes de emissão de luz. Por exemplo, vários tipos, geometrias de diodos laser podem ser usados para gerar um feixe de luz linear com o uso das configurações de lente descritas no presente documento. As modalidades nas quais os diodos laser têm dimensões diferentes, a razão entre o comprimento do feixe no eixo geométrico lento e a largura do feixe no eixo geométrico rápido pode ser tão grande quanto 50:1, 100:1 ou até maior. Além disso, fontes de luz que não são diodo laser, como lasers tradicionais ou lasers emissores superficiais de cavidade vertical também podem ser usadas para gerar um feixe linear de luz com o uso das configurações de lente descritas no presente documento.

[0049] No entanto, a divergência do feixe é maior na direção do eixo geométrico rápido DFA (ou seja, na direção da emissão no plano, incluindo a direção de emissão e a direção do eixo geométrico rápido) do que na direção do eixo geométrico lento DSA (ou seja, sobre a direção de emissão no plano, incluindo a direção de emissão e a direção do eixo geométrico lento). Isso é indicado pelo primeiro ângulo de divergência θ1 (ou seja, divergência na direção do eixo geométrico rápido) que é maior que o segundo ângulo de divergência θ2 (ou seja, divergência na direção do eixo geométrico lento). Desse modo, à medida que o pulso de energia óptica 54A se propaga para longe da faceta de emissão 62, a proporção do comprimento do feixe de eixo geométrico lento em relação à largura do feixe de eixo geométrico rápido diminui continuamente. Por exemplo, o ângulo divergente de meia magnitude (FWHM) de largura total na direção do eixo geométrico lento DSA pode estar entre 6° a 12°, ao passo que o ângulo divergente da FWHM na direção do eixo geométrico rápido DFA pode estar entre 15° a 40°.

[0050] A Figura 6 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma barra de diodos laser que pode fornecer a energia óptica para um projetor linear configurado para focalizar um feixe linear a uma distância predeterminada. Na Figura 6, a barra de diodo laser 44 inclui os diodos laser 44A a 44E. Os diodos laser 44A a 44E geram feixes de energia óptica 54A a 54E, respectivamente. Cada um dos pulsos gerados de energia óptica 54A a V 54E é emitido na direção de emissão DE. À medida que cada um dentre os pulsos emitidos de energia óptica se propaga, a divergência na direção do eixo geométrico lento DSA e na direção do eixo geométrico rápido DFA ocorre. Devido ao fato de que a divergência na direção do eixo geométrico rápido Dfa é maior que a divergência na direção do eixo geométrico lento DSA, o perfil elíptico de campo distante dos pulsos é diferente do perfil dos pulsos nas facetas de emissão.

[0051] Os diodos laser 44A a 44E são alinhados ao longo de um eixo geométrico transversal que é paralelo à direção do eixo geométrico lento. Embora o ângulo de divergência na direção do eixo geométrico lento DSA seja pequeno (por exemplo, menos de 20° não é incomum), pulsos ópticos de energia 54A a 54E se combinarão, ao final, para formar um único feixe de emissão linear 54, até mesmo sem lentes. O feixe combinada 54, no entanto, só terá uma divergência na direção do eixo geométrico lento DSA igual à divergência na direção do eixo geométrico lento DSA de cada um dos pulsos ópticos de energia 54A a 54E. Para aumentar a divergência na direção do eixo geométrico lento, uma lente cilíndrica côncava pode ser usada, conforme mostrado acima pela segunda lente cilíndrica côncava 48, representada na Figura 2. Para divergências ainda maiores, a lente cilíndrica 48 pode ser uma combinação de duas ou mais lentes cilíndricas côncavas. Essas configurações de lente podem fornecer divergência de eixo geométrico lento até 180 graus.

[0052] O feixe combinado 54 tem uma maior divergência na direção do eixo geométrico rápido DFA do que na direção do eixo geométrico lento DSA. Uma lente plana-convexa, como a segunda lente cilíndrica convexa 50 representada na Figura 2, pode ser usada para colimar e/ou focalizar o feixe combinado 54. Uma vez tão colimado ou focalizado, o feixe combinado 54 pode iluminar objetos distantes com intensidades que excedem a irradiação solar, pelo menos acima de uma largura de banda limitada. Desse modo, um m projetor desse tipo pode ser usado em plena luz do dia para determinar informações de alcance e/ou localização de objetos externos a uma aeronave.

[0053] As Figuras 7A a 7C representam projetores lineares com vários mecanismos de varredura. Na Figura 7A, o projetor linear 22A possui um mecanismo de varredura 64A, que é configurado para realizar varredura mecânica com o feixe linear 32A em uma direção de eixo geométrico rápido. O mecanismo de varredura 64A inclui o membro rotacional 66 que gira o projetor linear 22A em torno do eixo geométrico de pivô 68A. Em algumas modalidades, o eixo geométrico de pivô 68A pode ser paralelo à direção do eixo geométrico lento DSA, conforme descrito.

[0054] Na Figura 7B, o projetor linear 22B tem um mecanismo de varredura 64B, que é configurado para realizar varredura óptica com o feixe linear 32B refletindo-se o feixe linear 32B através do espelho giratório 70. O espelho giratório 70 é interposto no caminho do feixe linear 32B. O mecanismo de varredura 64B é configurado para girar o espelho giratório 70 em torno do eixo geométrico de rotação 68B que é paralelo à direção do eixo geométrico lento DSA. O espelho giratório 70 realiza varredura com o feixe linear 32B na direção do eixo geométrico rápido (isto é, perpendicular ao feixe linear 32B) quando o mesmo é girado em torno do eixo geométrico de rotação 68B.

[0055] Na Figura 7C, o projetor linear 22C possui capacidade de digitalização eletrônica. O projetor linear 22C inclui um conjunto de barras de diodo laser 72 que inclui fileiras de diodos laser 44A a 44Z. Cada um dos diodos laser em uma fileira específica 44A a 44Z é alinhado ao longo de uma direção de eixo geométrico rápido com os outros diodos laser nessa fileira específica 44A a 44Z. Cada uma das fileiras de diodos laser 44A-44Z pode ser energizada independentemente. Na modalidade representada, a linha de diodo laser 44N é energizada. Cada uma das fileiras de diodos laser 44A-44Z está configurada para gerar um feixe linear 32C de luz que é colimado e/ou focalizado pelas lentes cilíndricas 45A-45N, 46 e 50 em uma direção de eixo geométrico rápido DFA. Em seguida, o feixe linear emitido por cada linha de diodos laser 44A a 44Z é divergido em uma direção de eixo geométrico lento DSA, pela lente cilíndrica 48. Por exemplo, as fileiras de diodo laser 44A-44Z podem ser energizadas em uma sequência da fileira superior 44A até a fileira inferior 44Z, de modo a gerar uma sequência correspondente de feixes lineares focalizados em diferentes ângulos de elevação em relação ao projetor linear 22C.

[0056] As Figuras 8Aa a 8B são vistas em elevação lateral e planas de uma modalidade de um conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis que podem ser usadas para realizar varredura de um padrão de iluminação linear em uma cena. Nas Figuras 8A e 8B, o conjunto de diodos laser 100 inclui barras de diodos laser independentemente controláveis 102A a 102D distribuídas ao longo de um eixo geométrico comum AV. As barras de diodo laser independentemente controláveis 102A a 102D são alinhadas de modo que cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis 102A a 102D seja configurada para emitir luz em uma direção de emissão comum De ortogonal ao eixo geométrico comum AV.

[0057] O feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis 102A a 102D diverge em um primeiro ângulo de divergência na direção do eixo geométrico rápido DFA paralelo ao eixo geométrico comum AV e ortogonal à direção de emissão DE, e diverge em um segundo ângulo de divergência na direção do eixo geométrico lento DSA perpendicular ao eixo geométrico comum AV e para a direção de emissão DE. O segundo ângulo de divergência é menor que o primeiro ângulo de divergência, assim como a natureza dos padrões de iluminação do eixo geométrico rápido e dos padrões de iluminação do eixo geométrico lento.

[0058] A divergência na direção do eixo geométrico rápido significa que a divergência de luz na direção da emissão no plano, incluindo a direção da emissão e a direção do eixo geométrico rápido. Em outras palavras, isso significa que uma dimensão transversal do feixe de luz paralelo à direção do eixo geométrico rápido aumenta à medida que o feixe de luz se propaga na direção da emissão. De modo semelhante, a divergência na direção do eixo geométrico lento significa que a divergência de luz na direção da emissão no plano inclui a direção da emissão e a direção do eixo geométrico lento. Em outras palavras, isso significa que uma dimensão transversal do feixe de luz paralelo à direção do eixo geométrico lento aumenta à medida que o feixe de luz se propaga na direção da emissão.

[0059] O conjunto de diodos laser 100 é formado como uma pilha de uma pluralidade de membros de placa 104A a 104D. Cada um dentre a pluralidade de membros da placa 104A a 104D possui uma barra correspondente dentre o conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis 102A a 102D fixadas aos mesmos. A pilha de membros de placa alternados e espaçadores isolantes são alinhados de modo que as faces de emissão, das quais os feixes de luz são emitidos, do conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis 102A a 102D, sejam coplanares.

[0060] Uma pluralidade de espaçadores isolantes 106A a 106D fornece isolamento elétrico entre pares adjacentes (por exemplo, entre os membros da placa 104B e 104C etc.) dos membros da placa 104A a 104D. Esse isolamento elétrico é obtido pela interposição de um dos espaçadores isolantes 106A a 106D entre os pares adjacentes da pluralidade de membros da placa 104A a 104D. Cada um dentre a pluralidade de espaçadores isolantes 106A a 106D isola os pares adjacentes da pluralidade de membros de placa 104A a 104D um do outro, de modo que as barras de diodo laser independentemente controláveis 102A-102D fixadas aos mesmos possam ser energizadas independentemente.

[0061] Cada um dentre a pluralidade de membros de placa 104A a 104D tem primeiro e segundo contatos elétricos 108A a 108D e 110A a 110D, respectivamente. Cada um dentre os primeiros contatos elétricos 108A a 108D está em comunicação condutora com um ânodo de uma barra correspondente dentre as barras de diodo laser independentemente controláveis 102A a 102D. Cada um dentre os segundos contatos elétricos 110A a 110D está em comunicação condutora com um cátodo de uma barra correspondente dentre as barras de diodo laser independentemente controláveis 102A a 102D.

[0062] Os membros da placa 104A a 104B têm diferentes dimensões longitudinais na direção de emissão DE de modo que a pilha de membros de placa alternados 104A a 104D e espaçadores isolantes 106A a 106D formem um perfil de escada em uma extremidade de contato oposta a uma extremidade de emissão na qual as faces de emissão residem. O primeiro e o segundo contatos elétricos 108A a 108D e 110A a 110D, respectivamente, são formados em degraus expostos do perfil da escada, permitindo assim conexões elétricas aos mesmos. Devido ao fato de que os pares de primeiro e segundo contatos elétricos 108A e 110A, 108B e 110B, 108C e 110C e 108D e 110D são eletricamente isolados um do outro, cada uma das barras de diodo laser 102A a 102D pode ser energizada independentemente, fornecendo um sinal elétrico de energização ao par de contatos correspondente. Em algumas modalidades, os comutadores e/ou transistores podem ser configurados para fornecer energia comutada a cada um dos pares de primeiro e segundo contatos elétricos 108A e 110A, 108B e 110B, 108C e 110C e 108D e 110D, facilitando assim o controle independente das barras de diodo laser 102A a 102D.

[0063] As Figuras 9Aa a 9B são vistas em elevação lateral e planas de outra modalidade de um conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis que podem ser usadas para realizar varredura de um padrão de iluminação linear em uma cena. Nas Figuras 9A e 9B, o conjunto de diodos laser 110 inclui barras de diodos laser independentemente controláveis 112A a 112E distribuídas ao longo de um eixo geométrico comum AL. As barras de diodo laser independentemente controláveis 112A a 112E são alinhadas de modo que cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis 112A a 112E seja configurada para emitir luz em uma direção de emissão comum De ortogonal ao eixo geométrico comum AL.

[0064] O feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis 112A a 112E diverge em um primeiro ângulo de divergência na direção do eixo geométrico rápido DFA paralelo ao eixo geométrico comum AL e ortogonal à direção de emissão DE, e diverge em um segundo ângulo de divergência na direção do eixo geométrico lento DSA perpendicular ao eixo geométrico comum AL e para a direção de emissão DE. O segundo ângulo de divergência é menor que o primeiro ângulo de divergência, assim como a natureza dos padrões de iluminação do eixo geométrico rápido e dos padrões de iluminação do eixo geométrico lento.

[0065] O conjunto de diodos laser 110 é fixada ou formada com um elemento de placa única 114 com as superfícies superior e inferior STOP e SBOT que se estendem entre as extremidades lateral e transversal ELAT1-ELAT2 e ETRAN1-ETRAN2. Em algumas modalidades, a superfície superior STOP é substancialmente coplanar com as faces de emissão, das quais os feixes de luz são emitidos, do conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis. Em outras modalidades, como a modalidade representada, as barras de diodo laser independentemente controláveis 112A a 112E são afixadas na superfície superior STOP, de modo que os feixes de luz emitidos pelo conjunto de barras de diodos laser independentemente controláveis sejam todos direcionados na direção da emissão.

[0066] Primeiro e segundo contatos elétricos 118A a 108E e 120A a 120E, respectivamente, são formados no elemento de placa única 114. Cada um dentre os primeiros contatos elétricos 118A a 108E está em comunicação condutora com um ânodo de uma barra correspondente dentre as barras de diodo laser independentemente controláveis 112A a 112E. Cada um dos segundos contatos elétricos 120A a 120E está em comunicação condutora com um cátodo de uma barra correspondente dentre as barras de diodo laser independentemente controláveis 112A a 112E. Na modalidade representada, cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis 112A a 112E é afixada a um substrato CuW de cobre-tungstênio, de modo a fornecer dissipação de calor a partir do mesmo

Discussão de Possíveis Modalidades

[0067] A seguir, há descrições não exclusivas de possíveis modalidades da presente invenção.

[0068] Aparelhos e métodos associados se referem a um sistema para projetar um feixe linear de luz em um objeto distante. O sistema inclui um conjunto de barras de diodo laser controláveis distribuídas independentemente ao longo de um eixo geométrico comum. Cada uma das barras de diodo laser controladas independentemente é configurada para emitir um feixe de luz em uma direção de emissão ortogonal ao eixo geométrico comum. O feixe de luz emitido diverge sobre a direção de emissão em um primeiro ângulo de divergência no plano, incluindo a direção de emissão e uma direção de eixo geométrico rápido. O feixe de luz emitido também diverge na direção de emissão em um segundo ângulo de divergência no plano, incluindo a direção de emissão e uma direção de eixo geométrico lento. O segundo ângulo de divergência é menor que o primeiro ângulo de divergência.

[0069] O sistema do parágrafo anterior pode incluir opcional, adicional e/ou alternativamente quaisquer um ou mais das características, configurações e/ou componentes adicionais:

[0070] Uma modalidade adicional do sistema anterior, em que cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis inclui um ânodo, um cátodo, um primeiro contato elétrico em comunicação condutora com o ânodo e um segundo contato elétrico em comunicação condutora com o cátodo.

[0071] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que cada uma dentre as barras de diodo laser independentemente controláveis é configurada para emitir o feixe de luz em resposta a um sinal elétrico fornecido aos primeiro e segundo contatos.

[0072] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores inclui adicionalmente uma pluralidade de membros de placa, em que cada um tem uma barra correspondente dentre o conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis afixadas ao mesmo e uma pluralidade de espaçadores isolantes. Cada um dentre a pluralidade de espaçadores isolantes é interposto entre os adjacentes da pluralidade de membros da placa, formando assim uma pilha de membros alternados da placa e espaçadores isolantes. Cada um dentre a pluralidade de espaçadores isolantes isola eletricamente os membros adjacentes dentre a pluralidade de membros da placa um do outro.

[0073] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores em que a pilha de membros de placa alternados e espaçadores isolantes são alinhados de modo que, em uma extremidade de emissão, as faces de emissão, das quais os feixes de luz são emitidos, do conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis, sejam coplanares.

[0074] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores em que a pluralidade de membros da placa tem diferentes dimensões longitudinais na direção da emissão, de modo que a pilha de membros da placa alternativos e espaçadores isolantes forme um perfil de escada em uma extremidade de contato oposta a uma extremidade de emissão na qual as faces de emissão permanecem. O primeiro e o segundo contatos elétricos são formados em degraus expostos do perfil da escada, permitindo, assim, conexões elétricas aos mesmos.

[0075] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que o conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis compreende um único elemento de placa com superfícies superior e inferior que se estendem das extremidades laterais e transversais. Um conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis é afixada na superfície superior do elemento de placa única.

[0076] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que cada uma dentre o conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis é afixada a um substrato de cobre-tungstênio, de modo a fornecer a dissipação de calor a partir do mesmo.

[0077] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis compreende uma pluralidade de barras de diodo laser controláveis distribuídas independentemente ao longo de um eixo geométrico transversal comum paralelo à direção do eixo geométrico lento.

[0078] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores inclui adicionalmente uma pilha de lentes configurada para colimar o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis na direção do eixo geométrico rápido e divergir o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis distribuídas na direção do eixo geométrico lento.

[0079] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis é colimado de modo que uma porção de meia magnitude (FWHM) de largura total dos feixes de luz emitidos seja menor que ou igual a uma largura predeterminada na direção do eixo geométrico rápido a uma distância predeterminada do sistema.

[0080] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que a distância predeterminada é de 150 metros do sistema e a largura predeterminada é de 10 cm.

[0081] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que a pilha de lentes inclui uma primeira lente configurada para colimar e/ou focalizar, em uma direção de eixo geométrico rápido, o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis. A pilha de lentes inclui adicionalmente uma segunda lente cilíndrica configurada para divergir, em uma direção de eixo geométrico lento, o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis.

[0082] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que a pilha de lentes inclui adicionalmente uma terceira lente cilíndrica configurada para, em combinação com a primeira lente cilíndrica, colimar e/ou focalizar em uma direção de eixo geométrico rápido o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis.

[0083] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que a primeira lente é tem formado esférico, não esférico ou cilíndrico com convexidade na direção do eixo geométrico rápido.

[0084] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que a segunda lente cilíndrica é uma lente côncava com concavidade na direção do eixo geométrico lento.

[0085] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores inclui adicionalmente um dispositivo de varredura configurado para fornecer sequencialmente um sinal elétrico para o primeiro e o segundo contato elétrico de cada um dos conjuntos de barras de diodos laser independentemente controláveis, de modo a realizar varredura com feixe emitido pelo conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis na direção do eixo geométrico rápido.

[0086] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que o feixe de luz emitido tem um comprimento de onda nominal na banda de infravermelho.

[0087] Uma modalidade adicional de qualquer um dos sistemas anteriores, em que o feixe de luz emitido tem uma largura de banda espectral de comprimento de onda inferior a 10 nm FWHM.

[0088] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade(s) exemplificativa(s), aqueles versados na técnica entenderão que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos da mesma sem haver afastamento do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material específico aos ensinamentos da invenção sem haver afastamento do escopo essencial da mesma. Portanto, a invenção não deve se limitar à modalidade particular (ou modalidades particulares) divulgada, em contrapartida, a invenção incluirá todas as modalidades que são abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims

Sistema para projetar um feixe linear de luz em um objeto distante, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende:
um conjunto de barras de diodo laser controláveis distribuídas independentemente ao longo de um eixo geométrico comum, em que cada uma dentre as barras de diodo laser independentemente controláveis é configurada para emitir um feixe de luz em uma direção de emissão ortogonal ao eixo geométrico comum, em que o feixe de luz emitido diverge na direção de emissão em um primeiro ângulo de divergência no plano, incluindo a direção de emissão e uma direção de eixo geométrico rápido, e diverge em uma direção de emissão em um segundo ângulo de divergência no plano, incluindo a direção de emissão e uma direção de eixo geométrico lento, em que o segundo ângulo de divergência é menor que o primeiro ângulo de divergência.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma das barras de diodo laser controláveis compreende independentemente:
um ânodo;
um cátodo;
um primeiro contato elétrico em comunicação condutora com o ânodo;e
um segundo contato elétrico em comunicação condutora com o cátodo.
Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada uma dentre as barras de diodo laser independentemente controlável é configurada para emitir o feixe de luz em resposta a um sinal elétrico fornecido aos primeiro e segundo contatos.
Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende:
uma pluralidade de membros de placa em que cada um tem uma barra correspondente dentre o conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis fixadas aos mesmos; e
uma pluralidade de espaçadores isolantes, em que cada um é interposto entre os membros adjacentes dentre a pluralidade de membros da placa, formando assim uma pilha de membros alternados da placa e espaçadores isolantes, em que cada um dentre a pluralidade de espaçadores isolantes elétricos isola os membros adjacentes dentre a pluralidade de membros da placa um do outro.
Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a pilha de membros de placa alternados e os espaçadores isolantes são alinhados de modo que, em uma extremidade de emissão, as faces de emissão, das quais os feixes de luz são emitidos, do conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis, sejam coplanares.
Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de membros de placa tem diferentes dimensões longitudinais na direção de emissão, de modo que a pilha de membros de placa alternados e espaçadores isolantes forma um perfil de escada em uma extremidade de contato oposta a uma extremidade de emissão na qual as faces de emissão residem, em que o primeiro e o segundo contatos elétricos são formados nas etapas expostas do perfil da escada, permitindo, assim, conexões elétricas aos mesmos.
Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis compreende um único membro de placa com superfícies superior e inferior que se estendem das extremidades laterais e transversais, em que o conjunto de barras de diodo laser independentemente controláveis é afixada à superfície superior do membro de placa única.
Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada uma das séries de barras de diodo laser independentemente controláveis é afixada a um substrato de cobre-tungstênio, de modo a fornecer a dissipação de calor do mesmo.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis compreende uma pluralidade de barras de diodo laser controláveis distribuídas independentemente ao longo de um eixo geométrico transversal comum paralelo à direção do eixo geométrico lento.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende:
uma pilha de lentes configuradas para colimar o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis na direção do eixo geométrico rápido e divergir o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis na direção do eixo geométrico lento.
Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis é colimado de modo que uma porção de meia magnitude de largura total (FWHM) dos feixes de luz emitidos seja menor ou igual a uma largura predeterminada na direção do eixo geométrico rápido em uma distância predeterminada do sistema.
Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a distância predeterminada é de 150 metros do sistema e a largura predeterminada é de 10 cm.
Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a pilha de lentes compreende:
uma primeira lente configurada para colimar e/ou focalizar, em uma direção de eixo geométrico rápido, o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis; e
uma segunda lente cilíndrica configurada para divergir, em uma direção de eixo geométrico lento, o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis.
Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a pilha de lentes compreende adicionalmente:
uma terceira lente cilíndrica configurada para, em combinação com a primeira lente cilíndrica, colimar e/ou focalizar em uma direção de eixo geométrico rápido o feixe de luz emitido por cada uma das barras de diodo laser independentemente controláveis.
Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a primeira lente é tem formato esférico, não esférico ou cilíndrico com convexidade na direção do eixo geométrico rápido.
Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a segunda lente cilíndrica é uma lente côncava com concavidade na direção do eixo geométrico lento.
Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a terceira lente cilíndrica é uma lente convexa com convexidade na direção do eixo geométrico rápido.
Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende:
um dispositivo de varredura configurado para fornecer sequencialmente um sinal elétrico ao primeiro e ao segundo contato elétrico de cada um dentre os arranjos de barras de diodos de laser independentemente controláveis, de modo a realizar varredura o feixe emitido pelo conjunto de barras de diodos de laser independentemente controláveis no eixo geométrico rápido direção.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o feixe de luz emitido tem um comprimento de onda nominal na banda de infravermelho.
Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o feixe de luz emitido tem uma largura de banda espectral de comprimento de onda inferior a 10 nm FWHM.