專利名稱：一種光學(xué)透射窗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)透射裝置，特別是一種應(yīng)用于改善光接收裝置接收性能的光學(xué)透射窗。
背景技術(shù)：
目前的計(jì)算機(jī)、家用電器等設(shè)備上的遙控裝置多選擇紅外作為信號(hào)傳送波段。參見(jiàn)圖1，通常遙控裝置由三部分組成光傳感器的接收頭101、透射窗102和遙控器103。從遙控器103發(fā)射的帶有指令信息的信號(hào)光線透過(guò)透射窗102投射到接收頭101。遙控器103的有效發(fā)射范圍如圖中的虛線部分所示，由于紅外線有很強(qiáng)的方向性，一般的紅外接收傳感器只能接收30度范圍內(nèi)的紅外信號(hào)，在30度以外，紅外的有效距離迅速減少為0。因此，用戶只有在接收頭101正前方很窄范圍內(nèi)才能進(jìn)行遙控操作，這給用戶的使用帶來(lái)了不便。
針對(duì)此種情況，生產(chǎn)廠家提出了若干解決方案，比如采用幾個(gè)紅外接收頭來(lái)擴(kuò)大可遙控范圍，但這種方案成本較高。另外，中國(guó)專利號(hào)為94119491.4，名稱為《具有擴(kuò)大了的紅外指令接收范圍的遙控接收器》的發(fā)明專利，公開(kāi)了一種通過(guò)采用多個(gè)五面體棱鏡或衍射光柵的改進(jìn)型透紅外窗，該發(fā)明通過(guò)采用多個(gè)等邊直角棱鏡來(lái)加強(qiáng)對(duì)遙控信號(hào)接收能力，但其只有在有限的幾個(gè)地方能對(duì)信號(hào)有效接收。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種光學(xué)透射窗，使其在不增加光接收傳感器的基礎(chǔ)上擴(kuò)大對(duì)光線的接收范圍和強(qiáng)度，同時(shí)不丟失信號(hào)光的載波信號(hào)，方便用戶使用。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的一種光學(xué)透射窗，設(shè)置于光傳感器的接收頭之前，在該透射窗上設(shè)置一個(gè)能透過(guò)并折射光線的棱鏡圓環(huán)，棱鏡圓環(huán)的中心軸線穿過(guò)接收頭，且入射光經(jīng)過(guò)棱鏡圓環(huán)截面沿中心軸線向接收頭方向偏折。
該透射窗所述棱鏡圓環(huán)的截面是三角形。
該透射窗所述棱鏡圓環(huán)的截面是等腰三角形，等腰三角形的一個(gè)腰位于光入射表面，另一個(gè)腰位于光出射表面。
該透射窗所述棱鏡圓環(huán)的光入射表面與該棱鏡圓環(huán)的中心軸線垂直，其光出射表面是與光入射表面成一定角度的斜面。
該透射窗進(jìn)一步包括一個(gè)凸透鏡，該凸透鏡的主光軸位于棱鏡圓環(huán)的中心軸線上，且接收頭位于凸透鏡的光出射側(cè)焦點(diǎn)上。
該透射窗所述凸透鏡的光入射表面是與主光軸垂直的平面，光出射表面是球面。
該透射窗所述凸透鏡的光入射表面和光出射表面都是球面。
該透射窗所述棱鏡圓環(huán)和凸透鏡一體成形，且凸透鏡位于棱鏡圓環(huán)的中心。
這種解決方案與多個(gè)現(xiàn)有的透射窗的技術(shù)方案比較的好處是成本低，安裝方便，由于采用中心對(duì)稱的環(huán)形結(jié)構(gòu)，因此接收角度好。既可以增大紅外接收頭的接收角度，又可以增強(qiáng)有效范圍內(nèi)的有效距離。


圖1為紅外遙控設(shè)備的結(jié)構(gòu)及位置關(guān)系示意圖；圖2為本發(fā)明透射窗的截面圖；圖3為棱鏡折射原理圖；圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)的立體圖；圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)平面圖；
圖6為本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
透射窗通常設(shè)置于光傳感器的接收頭的正前方，本發(fā)明透射窗適用于不同波長(zhǎng)光線的光接收傳感器，下面以用于紅外接收傳感器的透射窗為例進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明中的透射窗采用棱鏡結(jié)構(gòu)，對(duì)于透射窗來(lái)說(shuō)，棱鏡的形狀和擺放位置的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。因此，為了使對(duì)信號(hào)的接收效果在各個(gè)角度相同，本發(fā)明采用棱鏡圓環(huán)的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例透射窗中棱鏡圓環(huán)201的截面參見(jiàn)圖2所示，是一個(gè)等腰三角形。當(dāng)用戶站得很偏的時(shí)候，如圖2所示，帶有載波信號(hào)的光202以很大入射角傾斜射入紅外透射窗口，經(jīng)等腰三角形的一邊向底邊方向折射，然后從等腰三角形的另一邊射向紅外線接收頭101。
假設(shè)遙控器與透射窗的距離遠(yuǎn)大于透射窗離接收頭101的距離，這樣對(duì)于入射到透射窗上的某一束光來(lái)說(shuō)，可以把棱鏡圓環(huán)201等效為棱鏡，并使棱鏡圓環(huán)201遠(yuǎn)離接收頭101的一面，即外表面保持為平面，使內(nèi)表面為斜面，這樣設(shè)計(jì)一方面可以增大對(duì)信號(hào)的接收面積，另一方面也使透射窗的外表面平整美觀。
棱鏡截面頂角的確定參見(jiàn)圖3所示，對(duì)于一個(gè)截面為等腰三角形頂角為B的棱鏡，根據(jù)棱鏡的折射原理，當(dāng)光線從棱鏡的一個(gè)面入射時(shí)，它會(huì)向等腰三角形底邊方向折射，則經(jīng)棱鏡折射后的偏向角是A。
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，先可以設(shè)定出所要達(dá)到的最大信號(hào)接收范圍，例如假定最大可接收角度為45度；通常透射窗到接收頭101的距離是一個(gè)固定值，等腰三角形邊長(zhǎng)以及棱鏡圓環(huán)201的內(nèi)徑可根據(jù)實(shí)際需求確定，這樣可根據(jù)棱鏡圓環(huán)201到接收頭101的距離以及考慮到棱鏡邊長(zhǎng)和棱鏡圓環(huán)201的內(nèi)徑，計(jì)算出棱鏡出射光線的角度。一般，材料的折射率n是已知的，例如本實(shí)施例所選用的亞可力材料的折射率為1.49，因此就可以通過(guò)幾何光學(xué)方法計(jì)算出棱鏡頂角B。通常所得B值會(huì)有兩個(gè)，這樣還需要用到最小偏向角公式，當(dāng)入射角與出射角相等時(shí)，會(huì)出現(xiàn)最小偏向角Amin，最小偏向角Amin滿足公式(1)n＝sin(Amin+B′/2)/sin(B′/2) (1)其中，B’為最小偏向角所對(duì)應(yīng)的等腰三角形頂角。
通過(guò)上述給定的最大可接收角度和計(jì)算出的出射光線角度，計(jì)算出偏向角A的大小，將A作為Amin帶入公式(1)，計(jì)算出一個(gè)臨界棱鏡頂角B’，并選擇大于B’的頂角B值作為棱鏡的頂角。這樣可以保證45度范圍內(nèi)的入射光都可以到達(dá)接收頭101。
為了增強(qiáng)到達(dá)接收頭101的光強(qiáng)，提高紅外接收器的信號(hào)接收敏感度，本發(fā)明較佳的實(shí)施方式是在棱鏡圓環(huán)201中心的軸線上再設(shè)置一個(gè)凸透鏡202，棱鏡圓環(huán)201的軸心正好在凸透鏡202的光心。透鏡的曲率半徑可以從公式(2)得出。
f＝1/(n1-1)(1/r1-1/r2)(2)公式(2)中的f是焦距，n1為透鏡的折射率，r1及r2是透鏡的兩個(gè)曲率半徑。
由于遙控器與透射窗的距離遠(yuǎn)大于透射窗離接收頭101的距離，也就是說(shuō)物距為無(wú)窮遠(yuǎn)，因此將接收頭101離凸透鏡202的距離設(shè)置為該凸透鏡202焦距。這樣在角度比較正的方向上時(shí)，從遙控器發(fā)出的紅外線像平行光一樣射入，經(jīng)過(guò)透鏡會(huì)聚到接收頭101上，增強(qiáng)了紅外光的強(qiáng)度，從而也就增加了遙控器的有效距離。
可以看出，到達(dá)棱鏡圓環(huán)201內(nèi)徑與凸透鏡202邊緣之間的距離Δr范圍內(nèi)的光線沒(méi)有被折射，因此在制作工藝允許的條件下應(yīng)使Δr越小越好。并且具體設(shè)計(jì)時(shí)，為了讓透射窗外表面還維持一個(gè)平面，可以讓凸透鏡202的外表面為平面，也就是使該面的曲率半徑為無(wú)窮。這種棱鏡圓環(huán)201與凸透鏡202的結(jié)合，可以有效地解決紅外方向性強(qiáng)，有效距離短的問(wèn)題。
為了降低成本較佳的實(shí)施方案是，把棱鏡和透鏡兩部分做在一起。參見(jiàn)圖4所示，即為按該方案設(shè)計(jì)的透射窗立體結(jié)構(gòu)圖。圖5是該透射窗具體結(jié)構(gòu)的A-A剖視圖。因?yàn)閷?shí)際使用中，用戶對(duì)左右的偏向角比較敏感，而對(duì)上下的偏向角不太敏感，因此把用于安裝的突起401部位設(shè)計(jì)在棱鏡圓環(huán)201的上下部位，以避開(kāi)用戶敏感的地方，兩個(gè)突起401上各打有一個(gè)安裝孔402。
在許多情形下，并不是所有的接收頭101外面只有一個(gè)透射窗，例如在有些接收設(shè)備的紅外透射窗口外面還有一個(gè)大的翻蓋，那么為了用戶方便需要在大翻蓋上設(shè)計(jì)一個(gè)更大的透射窗。這時(shí)候使用本發(fā)明則會(huì)起到事半工倍的作用，既可以減少外紅外透射窗的面積，又可以增強(qiáng)紅外透過(guò)的強(qiáng)度?？刹扇D6所示的結(jié)構(gòu)，在內(nèi)側(cè)透射窗上設(shè)計(jì)一個(gè)透鏡，這里內(nèi)側(cè)透射窗是指靠近接收頭101一側(cè)的透射窗，可以使用雙球面的凸透鏡601，外側(cè)透射窗使用棱鏡圓環(huán)201且使外表面為平面，注意此時(shí)棱鏡圓環(huán)201的中心部分并不是空心的而是平面透鏡，以起到防塵保護(hù)內(nèi)側(cè)透射窗和接收頭101的作用。凸透鏡601和棱鏡圓環(huán)201的材料可以采用常用的亞克力材料。另外，也可以把凸透鏡601設(shè)置于外側(cè)透射窗，棱鏡圓環(huán)設(shè)置于內(nèi)側(cè)透射窗。
本發(fā)明實(shí)施例中，棱鏡圓環(huán)的截面采用等腰三角形是出于設(shè)計(jì)上的方便以及美觀考慮，如果有特殊需求也可不采用等腰三角形的結(jié)構(gòu)，并且還可以根據(jù)實(shí)際需要將棱鏡的截面設(shè)計(jì)成其它形狀，如梯形或外表面為類似凹面鏡的球面等。另外，為了增加透射率也可以在透射窗表面涂附增透膜等材料。總之以上所述的實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)透射窗，設(shè)置于光傳感器的接收頭之前，其特征在于，在該透射窗上設(shè)置一個(gè)能透過(guò)并折射光線的棱鏡圓環(huán)，棱鏡圓環(huán)的中心軸線穿過(guò)接收頭，且入射光經(jīng)過(guò)棱鏡圓環(huán)截面沿中心軸線向接收頭方向偏折。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射窗，其特征在于，所述棱鏡圓環(huán)的截面是三角形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透射窗，其特征在于，所述棱鏡圓環(huán)的截面是等腰三角形，等腰三角形的一個(gè)腰位于光入射表面，另一個(gè)腰位于光出射表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射窗，其特征在于，所述棱鏡圓環(huán)的光入射表面與該棱鏡圓環(huán)的中心軸線垂直，其光出射表面是與光入射表面成一定角度的斜面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透射窗，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)凸透鏡，該凸透鏡的主光軸位于棱鏡圓環(huán)的中心軸線上，且接收頭位于凸透鏡的光出射側(cè)焦點(diǎn)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透射窗，其特征在于，所述凸透鏡的光入射表面是與主光軸垂直的平面，光出射表面是球面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透射窗，其特征在于，所述凸透鏡的光入射表面和光出射表面都是球面。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透射窗，其特征在于，所述棱鏡圓環(huán)和凸透鏡一體成形，且凸透鏡位于棱鏡圓環(huán)的中心。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光學(xué)透射窗，設(shè)置于光傳感器的接收頭之前，在該透射窗上設(shè)置一個(gè)能透過(guò)并折射光線的棱鏡圓環(huán)，以及一個(gè)能增強(qiáng)光強(qiáng)度的凸透鏡，棱鏡圓環(huán)的中心軸線穿過(guò)接收頭，且入射光經(jīng)過(guò)棱鏡圓環(huán)截面沿中心軸線向接收頭方向偏折，透鏡的光心也在棱鏡圓環(huán)的中心軸線上。這種解決方案與多個(gè)現(xiàn)有的透射窗比較的好處是成本低，安裝方便，接收角度好。既可以增大紅外接收頭的接收角度，又可以增強(qiáng)有效范圍內(nèi)的有效距離。
文檔編號(hào)G02B3/00GK1519583SQ0310081
公開(kāi)日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者竺樹(shù)銘, 左衛(wèi)東, 李曉忠 申請(qǐng)人:聯(lián)想(北京)有限公司