CN111043570B - 光学装置 - Google Patents

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Abstract

光学装置包括：光束辐射单元，被配置为辐射光；第一非球面透镜单元，位于光束辐射单元的光输出侧，并且被配置为在光束辐射单元处形成第一焦点；以及第二非球面透镜单元，位于光束辐射单元的光输出侧，并且被配置为在光束辐射单元处形成与第一焦点重叠的第二焦点。根据本公开，第一焦点和第二焦点形成为在光束辐射单元处彼此重叠。因此，由于入射在第一非球面透镜单元和第二非球面透镜单元上的光的损失减小，所以可增加光强度。

Description

光学装置
对相关申请的引用
本申请要求2018年10月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0122263号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开的实施例涉及一种光学装置，且更具体地，涉及一种能够提高设计自由度和光效率并减少部件数量的光学装置。
背景技术
通常，使用单个非球面透镜来配置投影光学系统。该单个非球面透镜具有一个焦距。
近来，使用多个具有比竖直长度长的水平长度的水平纤薄透镜(horizontal slimlens)来配置水平纤薄型光学系统。
然而，在传统技术中，由于使用多个水平纤薄透镜，所以设计自由度和光效率可能降低。此外，光学系统的部件数量和制造成本可能增加。因此，需要改进这些问题。
在韩国专利申请公开第2013-0106105号(2013年9月27日，标题为“用于汽车的灯设备”)中公开了本公开的背景技术。
发明内容
各种实施例涉及提供一种能够提高设计自由度和光效率并减少部件数量的光学装置。
在一个实施例中，光学装置包括：光束辐射单元，被配置为辐射光；第一非球面透镜单元，位于光束辐射单元的光输出侧，并且被配置为在光束辐射单元处形成第一焦点；以及第二非球面透镜单元，位于光束辐射单元的光输出侧，并且被配置为在光束辐射单元处形成与第一焦点重叠的第二焦点。
第一非球面透镜单元的第一焦距和第二非球面透镜单元的第二焦距可不同地形成。
第二非球面透镜单元的第二焦距可比第一非球面透镜单元的第一焦距长。
如果第一非球面透镜单元的第一焦距是f1，第一非球面透镜单元的宽度的一半是b，第二非球面透镜单元的第二焦距是f2，并且第一非球面透镜单元与第二非球面透镜单元之间的距离是d，
则该距离可以是
Figure BDA0002216958620000021
第二非球面透镜单元可位于第一非球面透镜单元的两侧。
第二非球面透镜单元可对称地形成在主光轴的两侧。
第一非球面透镜单元的第一球面部分可形成在靠近于光束辐射单元的一侧，并且第一非球面透镜单元的第一平面部分可形成在与光束辐射单元相对的一侧。
第二非球面透镜单元的第二球面部分可形成在靠近于光束辐射单元的一侧，并且第二非球面透镜单元的第二平面部分可形成在与光束辐射单元相对的一侧。
第一非球面透镜单元的竖直长度可比水平长度长。
第一非球面透镜单元的竖直长度可比水平长度长三倍或更多。
第二非球面透镜单元的竖直长度可比水平长度长。
第二非球面透镜单元的竖直长度可比水平长度长三倍或更多。
光束辐射单元可以是LED。
光束辐射单元可包括：LED，被配置为辐射光；以及光学单元，被配置为传输由LED辐射的光并形成彼此重叠的第一焦点和第二焦点。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施例的光学装置的透视图。
图2是示出了根据本公开的一个实施例的光学装置的第一非球面透镜单元和第二非球面透镜单元的前视图。
图3是示出了根据本公开的一个实施例的光学装置中的第一非球面透镜单元和第二非球面透镜单元的设计因素的图示。
图4是示意性地示出了根据本公开的一个实施例的光学装置中的光损失原理的图示。
图5是示出了根据本公开的一个实施例的光学装置中的非球面透镜单元的厚度与焦距之间的关系的表格。
图6是示出了根据本公开的一个实施例的光学装置中的焦距与透镜厚度之间的关系的曲线图。
具体实施方式
在下文中，参考附图详细描述了本公开的光学装置的一个实施例。在描述本公开时，如果认为使本公开的要点不必要地模糊，则将省略对相关的已知功能或配置的详细描述。此外，以下描述的术语已经通过考虑本公开中的功能而被定义，并且可根据用户、操作者的意图或实践而不同。因此，每个术语应基于整个说明书的内容来定义。
图1是根据本公开的一个实施例的光学装置的透视图。图2是示出了根据本公开的一个实施例的光学装置的第一非球面透镜单元和第二非球面透镜单元的前视图。图3是示出了根据本公开的一个实施例的光学装置中的第一非球面透镜单元和第二非球面透镜单元的设计因素的图示。图4是示意性地示出了根据本公开的一个实施例的光学装置中的光损失原理的图示。
参考图1至图4，根据本公开的一个实施例的光学装置包括光束辐射单元10、第一非球面透镜单元20和第二非球面透镜单元30。
光束辐射单元10辐射光。光束辐射单元10可以是LED 11。此外，光束辐射单元10可包括：LED 11，该LED用于辐射光；以及光学单元13，该光学单元传输由LED 11辐射的光，并且其中，第一焦点P1和第二焦点P2形成为彼此重叠。光学单元13由光可穿过的透光材料制成。可根据光学装置的设计或尺寸来适当地选择光束辐射单元10。
第一非球面透镜单元20位于光束辐射单元10的光输出侧，具有比水平长度长的竖直长度(L1＞L2)，并且在光束辐射单元10处形成第一焦点P1。在第一非球面透镜单元20中，第一球面部分21可形成在靠近于光束辐射单元10的一侧，并且第一平面部分23可形成在与光束辐射单元10相对的一侧。第一非球面透镜单元20是在竖直方向上比在水平方向上长的第一竖直纤薄非球面透镜。
第二非球面透镜单元30位于光束辐射单元10的光输出侧，具有比水平长度长的竖直长度(L3＞L4)，并且在光束辐射单元10处形成第二焦点P2，使得第二焦点P2与第一焦点P1重叠。在第二非球面透镜单元30中，第二球面部分31可形成在靠近于束辐射单元10的一侧，并且第二平面部分33可形成在与光束辐射单元10相对的一侧。第一焦点P1和第二焦点P2形成为在光束辐射单元10处彼此重叠。因此，由于输出到第一非球面透镜单元20和第二非球面透镜单元30的光的损失减小，所以可增加光强度。
第二非球面透镜单元30位于第一非球面透镜单元20的两侧。因此，具有均匀强度的光可输出通过第一非球面透镜单元20的两侧的第二非球面透镜单元30。
第一非球面透镜单元20的第一焦距f1和第二非球面透镜单元30的第二焦距f2不同地形成。例如，第二非球面透镜单元30的第二焦距f2可形成为比第一非球面透镜单元20的第一焦距f1长。此外，第一非球面透镜单元20的第一焦距f1可形成为比第二非球面透镜单元30的第二焦距f2长。在此情况中，第一非球面透镜单元20的第一焦距f1被定义为第一球面部分21的中央部分凸缘光束辐射单元10之间的最短距离。第二非球面透镜单元30的第二焦距f2被定义为第二球面部分31的中央部分与光束辐射单元10之间的最短距离。
第二非球面透镜单元30的第二球面部分31定位成比第一非球面透镜单元20的第一球面部分21更远离光束辐射单元10。
第二非球面透镜单元30对称地设置在主光轴“x”的两侧。在此情况中，第二球面部分31形成为基于主光轴“x”对称的形式。即，第二非球面透镜单元30形成为基于主光轴“x”旋转对称的形式。
第一非球面透镜单元20与第二非球面透镜单元30之间的距离可如下定义。
第一非球面透镜单元20的第一焦距被定义为f1，第一非球面透镜单元20的宽度“a”的一半(a/2)被定义为“b”，第二非球面透镜单元30的第二焦距被定义为f2，并且第一非球面透镜单元20与第二非球面透镜单元30之间的距离被定义为“d”。
在此情况中，根据直角三角形公式，连接第二非球面透镜单元30的端部和焦点的延长线Lf与该焦点之间的关系是
Figure BDA0002216958620000061
因此，第一非球面透镜单元20与第二非球面透镜单元30之间的距离“d”是：
Figure BDA0002216958620000062
如果根据以上等式设定第一非球面透镜单元20和第二非球面透镜单元30，则可根据该等式来标准化光学装置。因此，可便于光学装置的设计，并且可减少设计时间。
第一非球面透镜单元20具有比水平长度L2长三倍或更多的竖直长度L1。此外，第二非球面透镜单元30具有比水平长度L4长三倍或更多的竖直长度L3。
下面将描述根据本公开的一个实施例的如上所述配置的光学装置的实例。
图5是示出了根据本公开的一个实施例的光学装置中的非球面透镜单元的厚度与焦距之间的关系的表格。图6是示出了根据本公开的一个实施例的光学装置中的焦距与透镜厚度之间的关系的曲线图。
参考图5至图6，第一非球面透镜单元20和第二非球面透镜单元30中的每者具有比水平长度长三倍或更多的竖直长度。在此情况中，如果将具有公共焦点的两个非球面透镜单元20和30应用于一个模块，则非球面透镜单元20或30的焦距f1或f2随着非球面透镜单元20或30的厚度增加而减小。此外，非球面透镜单元20或30的厚度随着非球面透镜单元20或30的折射率增加而减小。
当第一非球面透镜单元20的最小焦距f1被设定为35mm时，应用具有70mm或更大的厚度的第一非球面透镜单元20。第二非球面透镜单元30确保50mm的最小焦距f2，因为其需要80mm或更大的厚度(参考图6)。
在此情况中，第一非球面透镜单元20的一侧入射角是大约15.9°，并且第二非球面透镜单元30的一侧入射角是大约38.6°。可以看出，如果一般的第一非球面透镜单元20的厚度是70mm，则因为形成38°的一侧入射角而可补偿光学装置的光效率。在此情况中，一侧入射角是指当光从透镜单元入射到主光轴“x”和透镜单元的一端(即，宽度方向的一半)时的角度。
已知的竖直纤薄光学系统具有大约35000cd的中心光强度和大约20％的光效率。相反，根据本公开的一个实施例的光学装置具有大约60000cd的中心光强度和大约31％的光效率。根据本公开的一个实施例的光学装置的光效率比传统光学系统的光效率高大约50％。因此，随着光效率的提高，可减少LED 11的数量。
如上所述，第一焦点P1和第二焦点P2形成为在光束辐射单元10处彼此重叠。因此，由于入射在第一非球面透镜单元20和第二非球面透镜单元30上的光的损失减小，所以可增加光强度。此外，LED的数量可随着光强度增加而减少。
此外，因为第一非球面透镜单元20的第一焦距f1和第二非球面透镜单元30的第二焦距f2不同地形成，所以可扩展在单个光学装置中可实现的光强度的范围。因此，可提高设计的自由度。
根据本公开的一个实施例，第一焦点和第二焦点形成为在光束辐射单元处彼此重叠。因此，由于入射在第一非球面透镜单元和第二非球面透镜单元上的光的损失减小，所以可增加光强度。此外，LED的数量可随着光强度增加而减少。
此外，根据本公开的一个实施例，因为第一非球面透镜单元的第一焦距和第二非球面透镜单元的第二焦距不同地形成，所以可扩展在单个光学装置中可实现的光强度的范围。因此，可提高设计的自由度。
虽然为了说明性目的已经公开了本公开的优选实施例，但本领域技术人员将理解，在不背离如所附权利要求中限定的本公开的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换都是可能的。
因此，本公开的真实技术范围应由所附权利要求限定。

Claims (11)

1.一种光学装置，包括：
光束辐射单元，被配置为辐射光；
第一非球面透镜单元，位于所述光束辐射单元的光输出侧，并且所述第一非球面透镜单元被配置为在所述光束辐射单元处形成第一焦点；以及
一个或多个第二非球面透镜单元，位于所述光束辐射单元的所述光输出侧，并且所述第二非球面透镜单元被配置为在所述光束辐射单元处形成与所述第一焦点重叠的第二焦点，
其中，所述第一非球面透镜单元的第一焦距和所述第二非球面透镜单元的第二焦距不同地形成，其中，所述第一焦距被定义为所述第一非球面透镜单元的第一球面部分的中央部分与所述光束辐射单元之间的最短距离，并且所述第二焦距被定义为所述第二非球面透镜单元的第二球面部分的中央部分与所述光束辐射单元之间的最短距离，
其中，所述第二非球面透镜单元的所述第二焦距比所述第一非球面透镜单元的所述第一焦距长，
其中，如果所述第一非球面透镜单元的所述第一焦距是f1，所述第一非球面透镜单元的宽度的一半是b，所述第二非球面透镜单元的所述第二焦距是f2，并且所述第一非球面透镜单元与所述第二非球面透镜单元之间的距离是d，
则所述距离是
Figure FDA0003204123050000011
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第二非球面透镜单元位于所述第一非球面透镜单元的两侧。
3.根据权利要求2所述的光学装置，其中，所述第二非球面透镜单元对称地形成在主光轴的两侧。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其中：
所述第一非球面透镜单元的第一球面部分形成在靠近于所述光束辐射单元的一侧，并且
所述第一非球面透镜单元的第一平面部分形成在与所述光束辐射单元相对的一侧。
5.根据权利要求4所述的光学装置，其中：
所述第二非球面透镜单元的第二球面部分形成在靠近于所述光束辐射单元的一侧，并且
所述第二非球面透镜单元的第二平面部分形成在与所述光束辐射单元相对的一侧。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一非球面透镜单元的竖直长度比水平长度长。
7.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述第一非球面透镜单元的竖直长度比水平长度长三倍或更多。
8.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述第二非球面透镜单元的竖直长度比水平长度长。
9.根据权利要求8所述的光学装置，其中，所述第二非球面透镜单元的竖直长度比水平长度长三倍或更多。
10.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光束辐射单元是LED。
11.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述光束辐射单元包括：
LED，被配置为辐射光；以及
光学单元，被配置为传输由所述LED辐射的光并形成彼此重叠的所述第一焦点和所述第二焦点。
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