TWI868979B - 光束發射模組與廣角掃描系統 - Google Patents

Abstract

一種光束發射模組，包括發射源、光束轉向元件、聚焦鏡組、光纖束線組及多個擴展鏡組。發射源發射雷射光束。光束轉向元件接收雷射光束，光束轉向元件將雷射光束分出至少兩道雷射光束。聚焦鏡組用以接收由光束轉向元件分出的至少兩道雷射光束。光纖束線組包括接收元件及多個分支元件，這些分支元件分別連接於接收元件。這些分支元件分布設置，且對向於所需掃描的方向。聚焦鏡組設於光束轉向元件與接收元件之間。至少兩道雷射光束被聚焦鏡組聚焦於接收元件並透過分支元件發出。擴展鏡組對應設置於分支元件，這些擴展鏡組接收相對應之分支元件發出之雷射光束，並控制分支元件之雷射光束的展開角度與擴展角度。此外，一種廣角掃描系統亦被提出，包括前述之光束發射模組及至少一光束接收模組，所述光束接收模組包含一接收鏡組及一感測器組，由物件反射的光束經由接收鏡組收至感測器組上。

Description

光束發射模組與廣角掃描系統

本揭露是有關於一種光束發射模組與廣角掃描系統。

光學雷達(LiDAR，又稱光達)系統架構為利用雷射源搭配掃描組件(有轉動件或無轉動件)達成雷射光束的掃描，而獲得與待測物體間之相對距離之資訊，達到物件偵測及測距之目的。

光達視角為光達製造商重要規格。機械式光達因有機械旋轉軸可轉水平360度的光束掃描，但是機械式光達的缺點是體積大，結構受震動影響(mechanical shock)。半固態或全固態光達技術例如微機電系統(MEMs)、相位陣列(Optical phase array,OPA)、閃光式(Flash)光達則是藉由廣角鏡頭，輔以拼接方式達成廣角(例如水平方向的掃描角度介於120°到180°之間)的光學掃描功能，但多組光達影像拼接資料融合的處理難度高，另外也可透過設置多個半固態或全固態光達使水平方向的掃描角度達到360°，但這種方式成本十分高昂，也會有影像拼接資料融合困難的問題。

因此，如何改良現有光達來改善上述所遭遇到的問題，將是業界所要解決之課題。

本揭露實施例提供一種光束發射模組與廣角掃描系統，突破既往光達之不足，能達成廣角掃描之目的，且能調整設定掃描範圍。

本揭露的一實施例提出一種光束發射模組，包括一發射源、一光束轉向元件、一聚焦鏡組、一光纖束線組、以及多個擴展鏡組。發射源用以發射一雷射光束。光束轉向元件用以接收雷射光束，且光束轉向元件用以將雷射光束分出至少兩道雷射光束。聚焦鏡組用以接收由光束轉向元件分出的至少兩道雷射光束。光纖束線組包括一接收元件以及多個分支元件，這些分支元件分別連接於接收元件，這些分支元件分布設置，且對向於所需掃描的方向。聚焦鏡組設於光束轉向元件與接收元件之間，至少兩道雷射光束被聚焦鏡組聚焦於接收元件，並透過相對應之分支元件發出。這些擴展鏡組分別對應設置於分支元件，這些擴展鏡組接收相對應之分支元件發出之雷射光束，並控制這些分支元件之雷射光束分別具有相應的一展開角度與一擴展角度。

本揭露的另一實施例提出一種廣角掃描系統，用於掃描一被掃描物件，廣角掃描系統包括一光束發射模組、以及至少一光束接收模組。光束發射模組，包括一發射源、一光束轉向元件、一聚焦鏡組、一光纖束線組、以及多個擴展鏡組。發射源用以發射一雷射光束。光束轉向元件用以接收雷射光束，且光束轉向元件用以將雷射光束分出至少兩道雷射光束。聚焦鏡組用以接收由光束轉向元件分出的至少兩道雷射光束。光纖束線組包括一接收元件以及多個分支元件，這些分支元件分別連接於接收元件，這些分支元件分布設置，且對向於所需掃描的方向。聚焦鏡組設於光束轉向元件與接收元件之間，至少兩道雷射光束被聚焦鏡組聚焦於接收元件，並透過相對應之分支元件發出。這些擴展鏡組分別對應設置於分支元件，這些擴展鏡組接收相對應之分支元件發出之雷射光束，並控制這些 分支元件之雷射光束分別具有相應的一展開角度與一擴展角度。每個光束接收模組分別包括一接收鏡組、以及一感測器組。接收鏡組接收由擴展鏡組所發出之雷射光束被反射後的雷射光束。感測器組接收自接收鏡組傳遞的雷射光束。

基於上述，本揭露的光束發射模組與廣角掃描系統，藉由光束轉向元件之控制雷射光束位置、以及光纖束線組之多個分支元件分布配置並對向於所需掃描的方向，能達成廣角掃描之目的，且能調整設定掃描範圍。

為讓本揭露能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

50A,50B,50C,50D,50E,50F,50G,50H:被掃描範圍

100,200,300:廣角掃描系統

110,110B,110C:光束發射模組

1:發射源

2:光束轉向元件

3:聚焦鏡組

4:光纖束線組

41:接收元件

41A:第一光纖束通道

41B:第二光纖束通道

41C:第三光纖束通道

41D:第四光纖束通道

410:入口面

411:第一分支元件

412:第二分支元件

413:第三分支元件

414:第四分支元件

415:第五分支元件

416:第六分支元件

417:第七分支元件

418:第八分支元件

5:擴展鏡組

51:第一透鏡

511:收光鏡

512:發散透鏡

52:第二透鏡

6:接收鏡組

7:感測器組

8:光圈

120A:第一光束接收模組

120B:第二光束接收模組

120C:第三光束接收模組

120D:第四光束接收模組

HFOV:水平掃描方向

D:距離

D1:直徑

L:雷射光束

LY:垂直方向

M11,M12:雷射光束

VFOV:垂直掃描方向

θ1:展開角度

θ2:擴展角度

θ3:張角角度

第1圖為本揭露的廣角掃描系統第一實施例的示意圖。

第2圖為第1圖之展開角度與擴展角度的示意圖。

第3圖為本揭露的光路傳輸一實施例的示意圖。

第4圖為本揭露的光纖束線組一實施例的立體圖。

第5圖為本揭露的光纖束線組為成像式一分多之光纖束線組的示意圖。

第6圖為本揭露的廣角掃描系統第二實施例的示意圖。

第7圖為第6圖的光纖束線組的分布設置的示意圖。

第8圖為本揭露的廣角掃描系統第三實施例的示意圖。

下文列舉實施例並配合附圖來進行詳細地說明，但所提供的 實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍。此外，附圖僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為了方便理解，在下述說明中相同的元件將以相同的符號標示來說明。

關於本揭露中所提到「包括」、「包含」、「具有」等的用語均為開放性的用語，也就是指「包含但不限於」。

在各個實施例的說明中，當以「第一」、「第二」、「第三」、「第四」等的用語來說明元件時，僅用於將這些元件彼此區分，並不限制這些元件的順序或重要性。

在各個實施例的說明中，所謂的「耦接」或「連接」，其可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，而「耦接」或「連接」還可指二或多個元件相互操作或動作。

第1圖為本揭露的廣角掃描系統第一實施例的示意圖。第2圖為第1圖之展開角度與擴展角度的示意圖。請參閱第1圖與第2圖，本揭露的廣角掃描系統100包括一光束發射模組110、第一光束接收模組120A、以及第二光束接收模組120B。

在本實施例中，光束發射模組110包括一發射源1、一光束轉向元件2、一聚焦鏡組3、一光纖束線組4、以及四個擴展鏡組5。發射源1用以發射一雷射光束L，本揭露之發射源1可為一光纖雷射(fiber laser)，例如為一連續(continuous wave，CW)光纖雷射器，或可為包括脈衝寬度和頻率(pulse width)可調光之一光纖雷射器或一雷射二極體，可依據被掃描範圍之型態或者配合之光學組件的不同來調整發射源1的型態。本揭露不限制雷射光束L的波長，在一實施例中，雷射光束的波長為900nm~1550nm，1550nm為人眼安全波段。

在本實施例中，光束轉向元件2接收發射源1發射之雷射光束 L，光束轉向元件2將雷射光束L分出至少兩道雷射光束。在一未繪示實施例中，可在光束轉向元件2與發射源1之間配置擴束鏡或反射鏡，來擴展雷射光束L的直徑，或者是減小雷射光束L的發散角。

光纖束線組4包括一接收元件41以及第一分支元件411、第二分支元件412、第三分支元件413、以及第四分支元件414，第一分支元件411、第二分支元件412、第三分支元件413、以及第四分支元件414分別連接於接收元件41，也就是，接收元件41為一接收端，而第一分支元件411、第二分支元件412、第三分支元件413、以及第四分支元件414為自接收元件41分出的四個發出端，共同形成一分多的光纖束線組4。分支元件之數量可依據所欲掃描角度而擇定。聚焦鏡組3設於光束轉向元件2與接收元件41之間，擴展鏡組5分別對應設置於第一分支元件411、第二分支元件412、第三分支元件413、以及第四分支元件414。

聚焦鏡組3用以接收由光束轉向元件2分出的至少兩道雷射光束L，並控制至少兩道雷射光束L聚焦於光纖束線組4中的接收元件41，透過接收元件41的雷射光束L分別由第一分支元件411、第二分支元件412、第三分支元件413、以及第四分支元件414出光發出。擴展鏡組5分別接收自光纖束線組4中的第一分支元件411、第二分支元件412、第三分支元件413、以及第四分支元件414發出的雷射光束M11並相應達成被掃描範圍50A、50B、50C、50D上分別的一展開角度θ1與一擴展角度θ2，其中展開角度θ1係為在被掃描範圍50A、50B、50C、50D分別之垂直掃描方向VFOV之角度。擴展角度θ2係為在被掃描範圍50A、50B、50C、50D分別之水平掃描方向HFOV之角度。上述可藉由擴展鏡組5控制相應之展開角度θ1與擴展角度θ2，而該些展開角度θ1共同定義一垂直掃描角度，該些擴展角度θ2共同定義一水平掃描角度，在本實施例中，於垂直掃描方 向VFOV中的展開角度θ1大於等於60度，於水平掃描方向HFOV中的擴展角度θ2大於等於90度。

如此一來，藉由一分多的光纖束線組4中的多個分支元件分布在所欲掃描空間中不同位置，使得單一發射源(如發射源1與光束轉向元件2之雷射光束L)能擴展被掃描之角度，無須拼接多組光達感測器，即能達到廣角掃描之目的。

第一分支元件411、第二分支元件412、第三分支元件413、以及第四分支元件414依掃描需求分布設置在所欲掃描空間中不同位置，來共同定義垂直掃描角度與水平掃描角度之數據。舉例而言，在一實施例中，於垂直掃描方向VFOV上這些分支元件設於不同位置而需要將各自分支元件負責的展開角度θ1加總成為垂直掃描角度(此例設定各自分支元件負責的展開角度θ1並未有重疊)，而於水平掃描方向HFOV上這些分支元件設於相同位置，使得每個分支元件負責的擴展角度θ2於水平掃描方向HFOV相同，故將分支元件負責的擴展角度θ2共同定義為水平掃描角度。在另一實施例中，將這些分支元件設在同一水平面上但於水平掃描方向HFOV上不同位置而需要將各自分支元件負責的擴展角度θ2加總成為水平掃描角度(此例設定各自分支元件負責的擴展角度θ2並未有重疊)，但每個分支元件負責的展開角度θ1於垂直掃描方向VFOV相同，故將分支元件負責的展開角度θ1共同定義為垂直掃描角度。

以第1圖及第2圖為例，第一分支元件411對向於所需掃描的方向為被掃瞄範圍50A，且第一分支元件411的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及60度，即第一分支元件411負責被掃描範圍50A之水平掃描方向HFOV為0度~90度與垂直掃描方向VFOV為0度~60度；第二分支元件412對向於所需掃描的方向為被掃瞄範圍50B，且第二分支元件412的擴展 角度θ2及展開角度θ1分別為90度及60度，即第二分支元件412負責被掃描範圍50B之水平掃描方向HFOV為90度~180度與垂直掃描方向VFOV為0度~60度；第三分支元件413對向於所需掃描的方向為被掃瞄範圍50C，且第三分支元件413的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及60度，即第三分支元件413負責被掃描範圍50C之水平掃描方向HFOV為180度~270度與垂直掃描方向VFOV為0度~60度；第四分支元件414對向於所需掃描的方向為被掃瞄範圍50D，且第四分支元件414的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及60度，即第四分支元件414負責被掃描範圍50D之水平掃描方向HFOV為270度~360度與垂直掃描方向VFOV為0度~60度。因此於本實施例中，光束發射模組110於垂直掃描方向VFOV中的垂直掃描角度為60度，於水平掃描方向HFOV中的水平掃描角度為360度。

當水平掃描角度及垂直掃描角度其中之一大於180度時，光束接收模組的數量大於等於二，以第1圖為例，當兩個擴展角度θ2共同定義的水平掃描角度180度於水平掃描方向HFOV為0度至180度時，配置第一光束接收模組120A，且第一光束接收模組120A接收與感測來自被掃描範圍50A、50B之區段上被物件反射的雷射光束M12。當另外兩個擴展角度θ2共同定義的水平掃描角度180度於水平掃描方向HFOV為180度至360度時，配置第二光束接收模組120B，且第二光束接收模組120B接收與感測來自被掃描範圍50C、50D之區段上被物件反射的雷射光束M12。

本揭露的第一光束接收模組120A與第二光束接收模組120B分別包括一接收鏡組6、以及一感測器組7，每個接收鏡組6接收相對應由擴展鏡組5所發出之雷射光束M11被反射後的雷射光束M12，並將反射後的雷射光束M12傳遞自感測器組7。感測器組7接收自接收鏡組6傳遞的雷射光束M12，且感測並分析雷射光束M12。

在一實施例中，接收鏡組6可為分光鏡、反射鏡、透鏡或前述光學元件之任一組合。感測器組7可為單光子雪崩二極體(single-photon avalanche diode，SPAD)感測器陣列、雪崩光電二極體(avalanche photodiode(array)，APD)、電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)感測器陣列等。本揭露不以此為限制，在一未繪示實施例中，在接收鏡組6與感測器組7之間設置偏光鏡，藉由偏光鏡去除不是由被掃描範圍50A、50B、50C、50D之區段上被物件返回之雷射光束或其它光束。

第3圖為本揭露的光路傳輸一實施例的示意圖。請參閱第1圖與第3圖，光束轉向元件2包括一半固態光束轉向器或一固態光束轉向器，半固態或固態光束轉向器可為空間相位調製器(spatial light modulator，SLM)，用以使雷射光束L轉向繞射並分出至少兩道雷射光束L，換句話說，空間相位調製器為能夠對入射的雷射光束L之振幅、相位進行調變的光學元件，空間相位調製器用以產生使雷射光束L之光束轉向(beam steering)的繞射圖形，並可控制相位產生圖形(phase pattern)的變換、以及控制圖形的尺寸周期，並可依據實際狀況來設置如具傅立葉(Fourier)轉換功能之鏡組。半固態光束轉向器或固態光束轉向器也可為一液晶覆矽(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)之光調整器，亦可為一微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems，MEMs)的光束轉向元件，在此不做限制。

在一實施例中，半固態或固態光束轉向器可分成二區或以上的不同的相位，對這分區相位進行光束直徑和角度的控制，使得光束轉向元件2將雷射光束L分出至少兩道雷射光束，來達到多光束產生的目的。

本實施例的聚焦鏡組3為一具傅立葉轉換功能之鏡組，用以接收來自半固態或固態光束轉向器的至少兩道雷射光束L，並對至少兩道 雷射光束L進行一傅立葉(Fourier)轉換，以對至少兩道雷射光束L聚焦。

在一實施例中，在光束轉向元件2和聚焦鏡組3之間設置光圈8。光圈8的功能為空間濾波，藉此濾除0階、其餘不需要的或多餘的繞射階數的雷射光束L，例如，未被半固態或固態光束轉向器相位調控之雷射光束L。所濾除的0階、其餘不需要的、或多餘的繞射階數的雷射光束L之數量，可依照使用者需求進行調整。

本揭露擴展鏡組5為複合式鏡組，擴展鏡組5包括第一透鏡51與第二透鏡52，第一透鏡51與第二透鏡52的組合可以是包含一球面鏡與至少一個非球面反射鏡組的組合，藉由擴展鏡組5能控制這些雷射光束L之間的擴展角度θ2大於90度。於其它實施例中，第一透鏡51與第二透鏡52的組合可以是包含多個球面鏡的組合，又或是包含多個非球面鏡的組合。亦即，擴展鏡組5可依需求調整透鏡種類搭配，而不於此為限。

具體而言，第3圖為反折射(Catadioptric)原理的全景鏡組。當雷射光束L依序通過光束轉向元件2與聚焦鏡組3後，聚焦於光圈8，而通過該光圈8上雷射光束L具有一張角角度θ3。

第一透鏡51可為一正焦距透鏡組合，第一透鏡51包括一收光鏡511與一發散透鏡512，其中光圈8至收光鏡511具有一距離D，通過光圈8後的雷射光束L，經由收光鏡511來達到收光的功能，經由收光鏡511聚集的雷射光束L，再透過發散透鏡512使雷射光束L可和第二透鏡52的孔徑位置匹配，透過收光鏡511與發散透鏡512來達到調整雷射光束L至第二透鏡52的光束分布範圍。

第二透鏡52可為擴展角度焦距之透鏡組合，可經由調整距離D、張角角度θ3與光束分布範圍至第二透鏡52，來達到控制雷射光束L的擴展角度θ2，其中光束分布範圍包含發散透鏡512至第二透鏡52的距離、 以及雷射光束L進入第二透鏡52的半徑尺寸。

第4圖為本揭露的光纖束線組一實施例的立體圖。第5圖為本揭露的光纖束線組為成像式一分多之光纖束線組的示意圖。請參閱第4圖與第5圖，本揭露的光纖束線組4的接收元件41為一接收端，其入口面410包括第一光纖束通道41A、第二光纖束通道41B、第三光纖束通道41C、以及第四光纖束通道41D，其中第一光纖束通道41A之直徑D1例如為小於2mm，第二光纖束通道41B、第三光纖束通道41C、第四光纖束通道41D之直徑可等同於第一光纖束通道41A之直徑。光纖束通道之數量與分支元件之數量相等。第一光纖束通道41A、第二光纖束通道41B、第三光纖束通道41C、以及第四光纖束通道41D之像數(pixel number)可為大於等於128x128。

第一光纖束通道41A、第二光纖束通道41B、第三光纖束通道41C、以及第四光纖束通道41D之位置分別對應於第一分支元件411、第二分支元件412、第三分支元件413、以及第四分支元件414之位置，也就是本揭露光纖束線組4的光纖束通道為矩陣式排列並有對應順序排列，因此光纖束線組4為一成像式一分多之光纖束線組。

如此一來，藉由光束轉向元件2中的半固態或固態光束轉向器輸入不同相位圖，使得雷射光束成像在接收元件4之入口面410的不同區域，例如入口面410上的第一光纖束通道41A會由第一分支元件411之出口發射。讓單一發射源1藉由光束轉向元件2、聚焦鏡組3與光纖束線組4來達成廣角掃描之目的。

第6圖為本揭露的廣角掃描系統第二實施例的示意圖。第7圖為第6圖的光纖束線組的分布設置的示意圖。請參閱第6圖與第7圖，本揭露的廣角掃描系統200中的光束發射模組110B用以對所需掃描的方向 所對應的被掃描範圍50A、50B、50C、50D進行掃描。水平掃描方向HFOV上的水平掃描角度為180度，故配置一個第一光束接收模組120A接收與感測來自被掃描範圍50A、50B、50C、50D之區段上被物件反射的雷射光束M12。

光纖束線組4中的第一分支元件411、第二分支元件412、第三分支元件413、以及第四分支元件414分布設置於所欲掃描空間中，其中第一分支元件411、第二分支元件412於同一水平面空間中分布配置並相隔一距離。沿著垂直方向LY，第三分支元件413位於第一分支元件411之上方，第四分支元件414位於第二分支元件412之上方，而第三分支元件413、第四分支元件414於同一水平面空間中分布配置並相隔一距離。

藉由在垂直方向LY上的配置關係，第一分支元件411對向於所需掃描的方向為被掃瞄範圍50A，且第一分支元件411的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第一分支元件411負責被掃描範圍50A之水平掃描方向HFOV為0度~90度與垂直掃描方向VFOV為0度~90度；第二分支元件412對向於所需掃描的方向為被掃瞄範圍50B，且第二分支元件412的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第二分支元件412負責被掃描範圍50B之水平掃描方向HFOV為90度~180度與垂直掃描方向VFOV為0度~90度；第三分支元件413對向於所需掃描的方向為被掃瞄範圍50C，且第三分支元件413的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第三分支元件413負責被掃描範圍50C之水平掃描方向HFOV為0度~90度與垂直掃描方向VFOV為90度~180度；第四分支元件414對向於所需掃描的方向為被掃瞄範圍50D，且第四分支元件414的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第四分支元件414負責被掃描範圍50D之水平掃描方向HFOV為90度~180度與垂直掃描方向VFOV為90度 ~180度，藉此於本實施例中，光束發射模組110B能增加在垂直掃描方向VFOV中的垂直掃描角度為180度，且調整於水平掃描方向HFOV中的水平掃描角度為180度。也就是說，本揭露能調整光纖束線組4之多個分支元件分布配置，來任意設定掃描範圍。

第8圖為本揭露的廣角掃描系統第三實施例的示意圖，其中為了更清楚表示，故僅繪示出部分發射的雷射光束M11與被反射的雷射光束M12。請參閱第8圖，本揭露的廣角掃描系統300中的光束發射模組110C用以對所需掃描的方向所對應的被掃描範圍50A、50B、50C、50D進行掃描。水平掃描方向HFOV上的水平掃描角度為360度，並配置第一光束接收模組120A、第二光束接收模組120B、第三光束接收模組120C、以及第四光束接收模組120D接收與感測來自相對應之被掃描範圍50A、50B、50C、50D、50E、50F、50G、50H之區段上被物件反射的雷射光束M12。

本揭露光纖束線組4有八個分支元件。第一分支元件411、第二分支元件412、第三分支元件413、第四分支元件414、第五分支元件415、第六分支元件416、第七分支元件417、以及第八分支元件418分布設置於水平面或不同水平面之空間中不同位置，其中：第一分支元件411對向於所需掃描的方向為被掃瞄範圍50A，且第一分支元件411的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第一分支元件411負責被掃描範圍50A之水平掃描方向HFOV為0度~90度與垂直掃描方向VFOV為0度~90度；第二分支元件412對向於所需掃描的方向為被掃瞄範圍50B，且第二分支元件412的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第二分支元件412負責被掃描範圍50B之水平掃描方向HFOV為0度~90度與垂直掃描方向VFOV為90度~180度；第三分支元件413對向於所需掃描的方向為被掃描範圍50C，且第三分支元件413的擴展角度θ2及展開角度θ1分別 為90度及90度，即第三分支元件413負責被掃描範圍50C之水平掃描方向HFOV為90度~180度與垂直掃描方向VFOV為90度~180度；第四分支元件414對向於所需掃描的方向為被掃描範圍50D，且第四分支元件414的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第四分支元件414負責被掃描範圍50D之水平掃描方向HFOV為90度~180度與垂直掃描方向VFOV為0度~90度；第五分支元件415對向於所需掃描的方向為被掃描範圍50E，且第五分支元件415的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第五分支元件415負責被掃描範圍50E之水平掃描方向HFOV為270度~360度與垂直掃描方向VFOV為0度~90度；第六分支元件416對向於所需掃描的方向為被掃描範圍50F，且第六分支元件416的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第六分支元件416負責被掃描範圍50F之水平掃描方向HFOV為180度~270度與垂直掃描方向VFOV為0度~90度；第七分支元件417對向於所需掃描的方向為被掃描範圍50G，且第七分支元件417的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第七分支元件417負責被掃描範圍50G之水平掃描方向HFOV為270度~360度與垂直掃描方向VFOV為90度~180度；第八分支元件418對向於所需掃描的方向為被掃描範圍50H，且第八分支元件418的擴展角度θ2及展開角度θ1分別為90度及90度，即第八分支元件418負責被掃描範圍50H之水平掃描方向HFOV為180度~270度與垂直掃描方向VFOV為90度~180度，因此於本實施例中，藉此配置能增加光束發射模組110C在水平掃描方向HFOV之水平掃描角度為360度，在垂直掃描方向VFOV之垂直掃描角度為360度，來達成廣角掃描之目的。

綜上所述，本揭露的光束發射模組與廣角掃描系統，藉由光束轉向元件之控制雷射光束位置、以及光纖束線組之多個分支元件分布配 置並對向於所需掃描的方向，能達成廣角掃描之目的，且能調整設定掃描範圍。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

50A,50B,50C,50D:被掃描範圍

100:廣角掃描系統

110:光束發射模組

1:發射源

2:光束轉向元件

3:聚焦鏡組

4:光纖束線組

41:接收元件

411:第一分支元件

412:第二分支元件

413:第三分支元件

414:第四分支元件

5:擴展鏡組

6:接收鏡組

7:感測器組

120A:第一光束接收模組

120B:第二光束接收模組

HFOV:水平掃描方向

L:雷射光束

M11,M12:雷射光束

VFOV:垂直掃描方向

Claims (20)

1. 一種光束發射模組，包括：一發射源，用以發射一雷射光束；一光束轉向元件，用以接收該雷射光束，且該光束轉向元件用以將該雷射光束分出至少兩道雷射光束；一聚焦鏡組，用以接收由該光束轉向元件分出的該至少兩道雷射光束；一光纖束線組，包括一接收元件以及多個分支元件，該些分支元件分別連接於該接收元件，且該些分支元件分布設置，並對向於所需掃描的方向，其中該聚焦鏡組設於該光束轉向元件與該接收元件之間，該至少兩道雷射光束被該聚焦鏡組聚焦於該接收元件，並透過相對應之該些分支元件發出；以及多個擴展鏡組，分別對應設置於該些分支元件，該些擴展鏡組接收相對應之該些分支元件發出之該雷射光束，並控制該些分支元件之該些雷射光束分別具有相應的一展開角度與一擴展角度。
2. 如請求項1所述的光束發射模組，其中該些展開角度共同定義一垂直掃描角度，該些擴展角度共同定義一水平掃描角度。
3. 如請求項1所述的光束發射模組，其中該擴展角度大於等於90度。
4. 如請求項1所述的光束發射模組，其中該展開角度大於等於60度。
5. 如請求項1所述的光束發射模組，其中該接收元件之一入口面包括多個光纖束通道，該些光纖束通道之位置分別對應於該分支元件之位置。
6. 如請求項5所述的光束發射模組，其中各該光纖束通道為矩陣式排列。
7. 如請求項5所述的光束發射模組，其中各該光纖束通道之一直徑為小於2mm。
8. 如請求項1所述的光束發射模組，其中該光束轉向元件包括一半固態或一固態光束轉向器，該聚焦鏡組為一具傅立葉轉換功能之鏡組，該半固態光束轉向器或該固態光束轉向器用以使該雷射光束轉向繞射並分出該至少兩道雷射光束，該具傅立葉轉換功能之鏡組用以接收來自該半固態光束轉向器或該固態光束轉向器的該至少兩道雷射光束，並對該至少兩道雷射光束進行一傅立葉轉換，以對該至少兩道雷射光束聚焦。
9. 如請求項1所述的光束發射模組，其中該雷射源為一光纖雷射。
10. 如請求項1所述的光束發射模組，其中該擴展鏡組為一複合式鏡組。
11. 一種廣角掃描系統，包括：一光束發射模組，包括：一發射源，用以發射一雷射光束；一光束轉向元件，用以接收該雷射光束，且該光束轉向元件用以將該雷射光束分出至少兩道雷射光束；一聚焦鏡組，用以接收由該光束轉向元件分出的該至少兩道雷射光束；一光纖束線組，包括一接收元件以及多個分支元件，該些分支元件分別連接於該接收元件，且該些分支元件分布設置，並對向於所需掃描的方向，其中該聚焦鏡組設於該光束轉向元件與該接收元件之 間，該至少兩道雷射光束被該聚焦鏡組聚焦於該接收元件，並透過相對應之該些分支元件發出；及多個擴展鏡組，分別對應設置於該些分支元件，該些擴展鏡組接收相對應之該些分支元件發出之該雷射光束，並控制該些分支元件之該些雷射光束分別具有相應的一展開角度與一擴展角度；以及至少一光束接收模組，各該光束接收模組分別包括：一接收鏡組，接收由該擴展鏡組所發出之該些雷射光束被反射後的該雷射光束；以及一感測器組，接收自該接收鏡組傳遞的該雷射光束。
12. 如請求項11所述的廣角掃描系統，其中該擴展角度大於等於90度。
13. 如請求項12所述的廣角掃描系統，其中該些展開角度共同定義一垂直掃描角度，該些擴展角度共同定義一水平掃描角度，當該水平掃描角度及該垂直掃描角度其中之一大於180度時，該至少一光束接收模組的數量大於等於二。
14. 如請求項11所述的廣角掃描系統，其中該展開角度大於等於60度。
15. 如請求項11所述的廣角掃描系統，其中該接收元件之一入口面包括多個光纖束通道，該些光纖束通道之位置分別對應於該分支元件之位置。
16. 如請求項15所述的廣角掃描系統，其中各該光纖束通道為矩陣式排列。
17. 如請求項15所述的廣角掃描系統，其中各該光纖束通道之一直徑為小於2mm。
18. 如請求項11所述的廣角掃描系統，其中該光束轉向元件包括一半固態光束轉向器或一固態光束轉向器，該聚焦鏡組為一具傅立葉轉換功能之鏡組，該半固態光束轉向器或該固態光束轉向器用以使該雷射光束轉向繞射並分出該至少兩道雷射光束，該具傅立葉轉換功能之鏡組用以接收來自該半固態光束轉向器或該固態光束轉向器的該至少兩道雷射光束，並對該至少兩道雷射光束進行一傅立葉轉換，以對該至少兩道雷射光束聚焦。
19. 如請求項11所述的廣角掃描系統，其中該發射源為一光纖雷射。
20. 如請求項11所述的廣角掃描系統，其中該擴展鏡組為一複合式鏡組。

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