一种光学面罩及光学系统的制作方法

本发明属于光学器件领域，具体涉及一种光学面罩及光学系统。

背景技术：

目前在含光源的发射端(比如led+透镜的组合、激光二极管+扩散器的组合)以及接收端(sensor+镜头)+光学面罩的光学系统的实际工程应用中，比如tof雷达相机光学系统，常常面临光源的漏光问题，往往当发射端发射激光的时候，部分杂散光经光学面罩第一个面菲涅尔反射以及经过第二个面发生全反射、光波导，进入接收端，导致接收端得功能失效或不良；

现有技术中，对这种杂散光影响解决办法，往往是通过内部光源发射端和接收端物理隔绝以及光学面罩发射端和接收端分离设计的方式来规避杂散光，但这对整个系统的机构设计不仅带来很大的麻烦，比如尺寸空间、紧凑性、隔光风险等，同时带来的成本也是不可估量。因为此种设计需要复杂的隔光机构以及分离的发射端和接收端，额外的隔光机构使该光学面罩无法做到一体成型就会需要额外的生产模具，现在光电产品日趋紧凑小巧且追求低成本，额外的生产模具将带来许多不必要的成本。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种光学面罩，具体技术方案如下：

一种光学面罩，用于保护一光学镜头模组，所述光学镜头模组包括光源和光学镜头，包括：

第一光学表面、第二光学表面以及由第一光学表面和第二光学表面之间构成材质折射率为n2的光学腔体；

所述第一光学表面，设置在靠近所述光学镜头模组的一侧，该第一光学表面包括设置在中间的第一消光面和设置在所述第一消光面两侧的第一光滑曲面，所述光源和光学镜头分立设置在所述第一消光面的两侧，所述第一光滑曲面设置在相对所述光源的一侧构成出光区，所述第一光滑曲面设置在相对所述光学镜头的一侧构成接收区，所述出光区满足从所述光源的出射光与所述第一光滑曲面所形成的入射角度小于arctan(n2/n1)，其中n2为所述光学腔体的折射率，n1为空气的折射率；

所述第二光学表面，设置在相对所述第一光学表面远离所述光学镜头的一侧，所述第二光学表面包括设在中间的第二消光面和设置在所述第二消光面两侧的第二光滑曲面；

其中，所述第一消光面与所述第二消光面构成消光区域；

所述光源的至少部分出射光从所述第一光学表面进入所述光学腔体后，在所述第二光学表面的第二光滑曲面上形成反射的杂散光，并在该光学腔体内形成光波导，最后被导入所述消光区域，被所述消光区域吸收。

作为优选，所述第一光学表面和第二光学表面均采用透光材料。

作为优选，所述第一消光面和所述第二消光面均经过消光处理，用于破坏所述杂散光在所述光学腔体中的全反射，同时吸收该杂散光。

作为优选，所述消光处理包括磨砂或添加消光涂层中的至少一种。

作为优选，所述第一消光面和所述第二消光面均采用不透光材料，用于防止在所述杂散光在所述光学腔体内形成光波导。

作为优选，所述接收区的第一光学表面至第二光学表面的间距不变。

作为优选，在所述出光区内的第一光学表面不平行于第二光学表面。

基于上述目的，本发明还提供一种光学系统，其特征在于，包括：

发射端，作为光源，用于发射探测光；

接收端，包括一光学镜头，用于接收从探测物上反射回来的探测光；

如上述任一所述的光学面罩，用于保护所述发射端与所述接收端，同时消除所述发射端漏出的杂散光。

作为优选，所述发射端发出的探测光与所述第一光学表面接触形成的反射光被控制在所述出光区范围内。

作为优选，所述第一消光面低于所述接收端的接收面，所述接收面为所述光学镜头接收探测光的表面。

作为优选，在所述第一消光面的位置设置有阻隔发射端与接收端的隔光结构。

与现有技术相比，本发明的益处有：本发明可以改善杂散光影响，同时也有改善光效的功能，本发明并未限制出光区的光学面罩一定为等厚，为外观设计提供了灵活性，同时，如果出光区的光学面罩有二次整形的需求，也可兼顾整形设计；出光区和接收区一体化设计，减少生产工艺中不必要的成本。

附图说明

图1为本发明的光学面罩的一种实施例示意图；

图2为本发明的光学系统的一种实施例示意图；

图3为本发明的光学系统的一种实施例示意图；

其中，10、10a、10b：第一光学表面，11、11a、11b：第一光滑曲面，12、12a、12b：第一消光面，20、20a、20b：第二光学表面，21、21a、21b：第二光滑曲面，22、22a、22b：第二消光面，30a、30b：发射端，40a、40b：接收端。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

实施例1

根据图1所示，本发明提供一种光学面罩，用于保护一光学镜头模组，所述光学镜头模组包括光源和光学镜头，该光学面罩包括：

第一光学表面10，设置在靠近所述光学镜头模组的一侧，该第一光学表面10包括设置在中间的第一消光面12和设置在第一消光面12两侧的第一光滑曲面11，所述光源和光学镜头分立设置在第一消光面12的两侧，第一光滑曲面11设置在相对所述光源的一侧构成出光区，第一光滑曲面11设置在相对所述光学镜头的一侧构成接收区，所述出光区满足从所述光源的出射光与第一光滑曲面11所形成的入射角度小于arctan(n2/n1)；

第二光学表面20，设置在相对第一光学表面10远离所述光学镜头的一侧，所述第二光学表面20包括设在中间的第二消光面22和设置在第二消光面22两侧的第二光滑曲面21；

第一消光面12与所述第二消光面22构成消光区域；

第一光学表面10和第二光学表面20之间构成光学腔体，所述光源的至少部分出射光从第一光学表面10进入所述光学腔体后，在第二光学表面20的第二光滑曲面21上形成反射的杂散光，并在该光学腔体内被导入所述消光区域，被所述消光区域吸收；

其中n2为该光学腔体材质的折射率，n1为空气的折射率。

所述消光区域即图1中阴影部分，为增加光源的出射光以及光学镜头的接收光的透过率，第一光学表面10和第二光学表面20均采用透光材料，采用单色注塑工艺，在此前提上，第一消光面12和第二消光面22需要经过消光处理，用于破坏所述杂散光在所述光学腔体中的全反射；所述消光处理可以是在第一消光面12/第二消光面22上磨砂，也可以是在第一消光面12/第二消光面22上添加消光层，也可以是在第一消光面12/第二消光面22上磨砂和添加消光层；

同时，也可以是所述第一光学表面10和第二光学表面20的第一光滑曲面11和第二光滑曲面21均采用透光材料，而在所述消光区域采用不透光材料，采用双色注塑工艺，此设置可避免所述杂散光在所述光学腔体内形成光波导。

考虑到光程差的影响，所述接收区的第一光学表面10至第二光学表面20的间距不变，即该光学面罩的接收区为等厚设计；出光区的第一光学表面10至第二光学表面20的间距可以不同也可以相同，即该出光区可为非等厚设计或等厚设计，为该光学面罩的外观设计提供了灵活性，同时，如果有出光区有二次整形需求，也可兼顾整形设计。

实施例2

根据图2所示，本发明提供的一种光学系统，应用于tof激光雷达，该光学系统包括：

发射端30a，作为激光光源，用于发射探测激光；

接收端40a，包括一光学镜头，用于接收从探测物上反射回来的探测激光；

如实施例1中所述的光学面罩，用于保护发射端30a与所述接收端40a，同时消除发射端30a漏出的杂散光。

该发射端30a设置于所述出光区内，该接收端40a设置于所述接收区内，并且该接收端的光学镜头上表面高于第一消光面12a；

由发射端30a发射探测激光，探测激光与第一光学表面10a接触，大部分探测激光进入光学腔体，少部分探测激光在第一光学表面10a形成反射光，由于第一光学表面10a的第一光滑曲面11a曲率设计使发射的探测激光的入射角度小于arctan(n2/n1)(即布儒斯特角)，同时入射角度等于反射角度，所以该反射光的反射角度被控制在出光区范围内，这样做的目的在于防止该反射光被接收端的光学镜头接收，对该光学系统的探测造成影响；进入光学腔体的探测激光，其中少部分探测激光在第二光学表面20a的第二光滑曲面21a形成反射杂散光，该反射杂散光在光学腔体内形成光波导，被导入所述消光区域，所述消光区域经消光处理，可破坏该反射杂散光的光波导，从而在消光区域内吸收或释放该反射杂散光。

由于反射杂散光可能在消光区域被释放，或是不能吸收全部该反射杂散光，因此在本实施例中，接收端40a的光学镜头上表面应高于该第一消光面12a，此类位置设置并不唯一，目的是使接收端40a受该反射杂散光的影响最小，防止这些反射杂散光投射进入接收端40a。

实施例3

根据图3所示，本发明提供的一种光学系统，应用于tof激光雷达，该光学系统包括：

发射端30b，作为激光光源，用于发射探测激光；

接收端40b，包括一光学镜头，用于接收从探测物上反射回来的探测激光；

如实施例1中所述的光学面罩，用于保护发射端30b与所述接收端40b，同时消除发射端40b漏出的杂散光。

该发射端30b设置于所述出光区内，该接收端40b设置于所述接收区内，并且在第一表面10b的第一消光面12b的位置设置有阻隔发射端与接收端的隔光结构50；

由发射端30b发射探测激光，探测激光与第一表面10b接触，大部分探测激光进入光学空腔，少部分探测激光在第一表面10b形成反射光，由于第一表面10b的第一光滑曲面11b曲率设计使发射的探测激光的入射角度小于arctan(n2/n1)(即布儒斯特角)，同时入射角度等于反射角度，所以该反射光的反射角度被控制在出光区范围内，这样做的目的在于防止该反射光被接收端的光学镜头接收，对该光学系统的探测造成影响；进入光学空腔的探测激光，其中少部分探测激光在第二表面20b的第二光滑曲面21b形成反射杂散光，该反射杂散光在光学空腔内形成光波导，被导入所述消光区域，所述消光区域经消光处理，可破坏该反射杂散光的光波导，从而在消光区域内吸收或释放该反射杂散光。

由于反射杂散光可能在消光区域被释放，或是不能吸收全部该反射杂散光，因此接收端40b与入射端30b之间设置有隔光结构，该隔光结构防止这些反射杂散光从第一消光面12b出射后投射进入接收端40b。

在权利要求书中，词语“包括”不排除其他单元或步骤；词语“一”或“一个”并不排除多个。在权利要求书中，使用诸如“第一”“第二”等序数词来修饰权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素具有较另外一个权利要求元素的优先级、次序或者动作执行的时间顺序，而仅仅出于将一个权利要求的元素与另一个权利要求元素相区别的目的。尽管在互不相同的从属权利要求中分别记载了某些特定技术特征，但这并不意味着这些特定技术特征不能被组合利用。本发明的各个方面可单独、组合或者以未在前述实施例中具体讨论的各种安排来使用，从而并不将其应用限于前文所描述或附图中所示的组件的细节和排列。例如，可使用任何方式将一个实施例中描述的多个方面与其他实施例中描述的多个方面组合。多个模块或单元中所记载的步骤、功能或特征，可以由一个模块或一个单元执行或满足。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对权利要求范围的限制。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。