Le marché des télémètres laser ne cesse de croître. Développés pour des applications haut de gamme dans le domaine militaire et industriel, les capteurs laser sont aujourd'hui plus abordables que jamais grâce à leur entrée dans les produits grand public. Au cœur de la mesure optique de la distance se trouvent des diodes laser et des photodiodes de haute qualité et d'un bon rapport qualité-prix.

La mesure de distance et l'orientation sans contact peuvent déjà être observées dans la nature. Un exemple bien connu est celui de la chauve-souris, qui est capable de s'orienter dans l'obscurité absolue. Pour ce faire, elle utilise l'écholocation ; le mammifère détermine la distance et la direction des obstacles à partir des signaux réfléchis.

Inspirée par la nature, la recherche s'est orientée vers des méthodes qui rendraient cette localisation utilisable également par les humains. Ces systèmes de localisation peuvent également être utilisés par les machines et les personnes aveugles pour s'orienter. Un développement innovant de VISTAC, par exemple, est une canne longue à laser (Fig. 1), qui sert d'aide à la mobilité pour les personnes souffrant de graves déficiences visuelles et les aveugles. Un capteur laser, composé d'une diode laser et d'un détecteur, est intégré dans la canne.

Le faisceau laser est élargi de manière à identifier les obstacles situés exactement au-dessus de la canne, dans la zone de la tête et de la poitrine de la personne malvoyante, et qui ne seraient pas identifiés simplement en les touchant avec la canne. Si la lumière réfléchie par un obstacle est mesurée, le dispositif de signalisation commence à vibrer. De cette manière, comme dans l'exemple de la nature ci-dessus, l'information oui/non est transmise pour l'orientation spatiale.

Figure 1 : Canne longue à laser pour les malvoyants afin de les aider à s'orienter

L'industrie automobile tire également parti de cette technologie et offre plus de confort et de sécurité grâce aux systèmes d'aide à la conduite. En 2005, plus de 40 000 personnes ont perdu la vie sur les routes européennes. Un programme d'e-sécurité lancé par la Commission européenne vise à réduire de moitié le nombre d'accidents d'ici 2010. Les systèmes d'alerte de distance (voir figure 2), les assistants de maintien dans la voie et les systèmes de freinage d'urgence pour les véhicules circulant trop près sont autant d'exemples d'applications de sécurité routière. 

Toutes les informations sur l'environnement de conduite, les systèmes d'alerte précoce ou les aides au stationnement augmentent la sécurité routière. D'un point de vue juridique, l'introduction de systèmes d'aide à la conduite supplémentaires doit encore faire l'objet d'un examen très attentif. Par exemple, qui sera tenu responsable si un système fonctionne mal et provoque un accident ?

Ce problème ne se pose pas pour les utilisateurs qui souhaitent mesurer rapidement et sans contact des distances allant jusqu'à plusieurs kilomètres à l'aide d'un télémètre laser moderne. Il peut s'agir d'un petit télémètre laser portable ou d'un télémètre intégré à une lunette de visée ou à des jumelles. Ces systèmes sont utilisés, par exemple, par les golfeurs qui veulent améliorer leur handicap ou par les chasseurs qui veulent viser leur cible avec précision. Vous n'avez pas non plus à vous soucier de votre vue, car le laser à semi-conducteur dans l'optique de visée répond aux exigences de la classe de sécurité laser 1.

L'élément de base du télémètre laser est la mesure optique de la distance basée sur le principe du temps de vol des impulsions ("TOF"). Cet outil sans contact permet de mesurer des distances et des vitesses allant de quelques centimètres à des kilomètres.

Figure 2 : Mesure de la distance et de la vitesse relative dans le secteur automobile

Le matériau utilisé est l'AlGaAs. La structure AlGaAs des diodes laser à 905 nm est connue depuis de nombreuses années pour sa fiabilité, ses propriétés de faisceau et sa stabilité à la température. Avec une efficacité de 1 W/A, les émetteurs individuels (Fig. 4a) atteignent jusqu'à 40 W. 

Des puissances plus élevées peuvent être obtenues grâce à la technologie "multi-jonction" développée par Laser Components (Fig. 4b). Dans ce cas, plusieurs diodes laser sont empilées de manière épitaxiale dans une puce, de sorte que la distance entre deux émetteurs n'est que d'environ 4 µm. Il est ainsi possible d'obtenir jusqu'à 75 W avec une seule diode, en fonction de la taille de la bande. Des puissances de crête plus élevées ne peuvent être obtenues qu'avec des structures empilées (figure 4c) : Des puissances de crête de 220 W avec une longueur d'impulsion de 100 ns ; avec des impulsions plus courtes, des "éclairs de lumière" de plus de 400 W sont également possibles.

Outre la longueur d'onde et les spécifications électro-optiques, la fiabilité est un critère important pour sélectionner le bon PLD. Comme pour les autres sources lumineuses, et en particulier les lasers à semi-conducteurs, la durée de vie des PLD dépend également des conditions d'utilisation. Les PLD peuvent être fortement surchargés avec des impulsions courtes de quelques ns ou à de faibles fréquences de répétition sans être endommagés. Alors qu'une seule impulsion laser suffit pour des applications militaires telles que la détonation optique de munitions, les scanners de sécurité dans l'industrie nécessitent une utilisation garantie 24 heures sur 24 pendant des années.

La formule empirique suivante, basée sur des années d'expérience et de mesures, est utilisée pour calculer le taux de défaillance moyen des PLD à 905 nm :

Figure 4b : Structures PLD (pas à l'échelle !) Puce multi-jonction avec 3 émetteurs

Figure 4c : Structures PLD (pas à l'échelle !) Structure d'empilement de 3 puces à multi-jonction