專利名稱：一種光學透射窗的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學透射裝置，特別是一種應用于改善光接收裝置接收性能的光學透射窗。
背景技術：
目前的計算機、家用電器等設備上的遙控裝置多選擇紅外作為信號傳送波段。參見圖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光線透過透射窗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，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)才能進行遙控操作，這給用戶的使用帶來了不便。
針對此種情況，生產(chǎn)廠家提出了若干解決方案，比如采用幾個紅外接收頭來擴大可遙控范圍，但這種方案成本較高。另外，中國專利號為94119491.4，名稱為《具有擴大了的紅外指令接收范圍的遙控接收器》的發(fā)明專利，公開了一種通過采用多個五面體棱鏡或衍射光柵的改進型透紅外窗，該發(fā)明通過采用多個等邊直角棱鏡來加強對遙控信號接收能力，但其只有在有限的幾個地方能對信號有效接收。

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透射窗，使其在不增加光接收傳感器的基礎上擴大對光線的接收范圍和強度，同時不丟失信號光的載波信號，方便用戶使用。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的一種光學透射窗，設置于光傳感器的接收頭之前，在該透射窗上設置一個能透過并折射光線的棱鏡圓環(huán)，棱鏡圓環(huán)的中心軸線穿過接收頭，且入射光經(jīng)過棱鏡圓環(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，等腰三角形的一個腰位于光入射表面，另一個腰位于光出射表面。
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。
該透射窗進一步包括一個凸透鏡，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焦點上。
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現(xiàn)有的透射窗的技術方案比較的好處是成本低，安裝方便，由于采用中心對稱的環(huán)形結構，因此接收角度好。既可以增大紅外接收頭的接收角度，又可以增強有效范圍內(nèi)的有效距離。


圖1為紅外遙控設備的結構及位置關系示意圖；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)明較佳實施例結構的立體圖；圖5為本發(fā)明較佳實施例的具體結構平面圖；
圖6為本發(fā)明另一較佳實施例的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明方案作進一步詳細的說明。
透射窗通常設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行說明。
本發(fā)明中的透射窗采用棱鏡結構，對于透射窗來說，棱鏡的形狀和擺放位置的設計很關鍵。因此，為了使對信號的接收效果在各個角度相同，本發(fā)明采用棱鏡圓環(huán)的結構。本實施例透射窗中棱鏡圓環(huán)201的截面參見圖2所示，是一個等腰三角形。當用戶站得很偏的時候，如圖2所示，帶有載波信號的光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。
假設遙控器與透射窗的距離遠大于透射窗離接收頭101的距離，這樣對于入射到透射窗上的某一束光來說，可以把棱鏡圓環(huán)201等效為棱鏡，并使棱鏡圓環(huán)201遠離接收頭101的一面，即外表面保持為平面，使內(nèi)表面為斜面，這樣設計一方面可以增大對信號的接收面積，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圖3所示，對于一個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，當光線從棱鏡的一個面入射時，它會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。
在實際設計中，先可以設定出所要達到的最大信號接收范圍，例如假定最大可接收角度為45度；通常透射窗到接收頭101的距離是一個固定值，等腰三角形邊長以及棱鏡圓環(huán)201的內(nèi)徑可根據(jù)實際需求確定，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和棱鏡圓環(huán)201的內(nèi)徑，計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，因此就可以通過幾何光學方法計算出棱鏡頂角B。通常所得B值會有兩個，這樣還需要用到最小偏向角公式，當入射角與出射角相等時，會出現(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’為最小偏向角所對應的等腰三角形頂角。
通過上述給定的最大可接收角度和計算出的出射光線角度，計算出偏向角A的大小，將A作為Amin帶入公式(1)，計算出一個臨界棱鏡頂角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接收頭101。
為了增強到達接收頭101的光強，提高紅外接收器的信號接收敏感度，本發(fā)明較佳的實施方式是在棱鏡圓環(huán)201中心的軸線上再設置一個凸透鏡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是透鏡的兩個曲率半徑。
由于遙控器與透射窗的距離遠大于透射窗離接收頭101的距離，也就是說物距為無窮遠，因此將接收頭101離凸透鏡202的距離設置為該凸透鏡202焦距。這樣在角度比較正的方向上時，從遙控器發(fā)出的紅外線像平行光一樣射入，經(jīng)過透鏡會聚到接收頭101上，增強了紅外光的強度，從而也就增加了遙控器的有效距離。
可以看出，到達棱鏡圓環(huán)201內(nèi)徑與凸透鏡202邊緣之間的距離Δr范圍內(nèi)的光線沒有被折射，因此在制作工藝允許的條件下應使Δr越小越好。并且具體設計時，為了讓透射窗外表面還維持一個平面，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窮。這種棱鏡圓環(huán)201與凸透鏡202的結合，可以有效地解決紅外方向性強，有效距離短的問題。
為了降低成本較佳的實施方案是，把棱鏡和透鏡兩部分做在一起。參見圖4所示，即為按該方案設計的透射窗立體結構圖。圖5是該透射窗具體結構的A-A剖視圖。因為實際使用中，用戶對左右的偏向角比較敏感，而對上下的偏向角不太敏感，因此把用于安裝的突起401部位設計在棱鏡圓環(huán)201的上下部位，以避開用戶敏感的地方，兩個突起401上各打有一個安裝孔402。
在許多情形下，并不是所有的接收頭101外面只有一個透射窗，例如在有些接收設備的紅外透射窗口外面還有一個大的翻蓋，那么為了用戶方便需要在大翻蓋上設計一個更大的透射窗。這時候使用本發(fā)明則會起到事半工倍的作用，既可以減少外紅外透射窗的面積，又可以增強紅外透過的強度。可采取圖6所示的結構，在內(nèi)側透射窗上設計一個透鏡，這里內(nèi)側透射窗是指靠近接收頭101一側的透射窗，可以使用雙球面的凸透鏡601，外側透射窗使用棱鏡圓環(huán)201且使外表面為平面，注意此時棱鏡圓環(huán)201的中心部分并不是空心的而是平面透鏡，以起到防塵保護內(nèi)側透射窗和接收頭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設置于外側透射窗，棱鏡圓環(huán)設置于內(nèi)側透射窗。
本發(fā)明實施例中，棱鏡圓環(huán)的截面采用等腰三角形是出于設計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構，并且還可以根據(jù)實際需要將棱鏡的截面設計成其它形狀，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、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種光學透射窗，設置于光傳感器的接收頭之前，其特征在于，在該透射窗上設置一個能透過并折射光線的棱鏡圓環(huán)，棱鏡圓環(huán)的中心軸線穿過接收頭，且入射光經(jīng)過棱鏡圓環(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，等腰三角形的一個腰位于光入射表面，另一個腰位于光出射表面。
4.根據(jù)權利要求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)權利要求1所述的透射窗，其特征在于，進一步包括一個凸透鏡，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焦點上。
6.根據(jù)權利要求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)明公開了一種光學透射窗，設置于光傳感器的接收頭之前，在該透射窗上設置一個能透過并折射光線的棱鏡圓環(huán)，以及一個能增強光強度的凸透鏡，棱鏡圓環(huán)的中心軸線穿過接收頭，且入射光經(jīng)過棱鏡圓環(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，又可以增強有效范圍內(nèi)的有效距離。
文檔編號G02B3/00GK1519583SQ0310081
公開日2004年8月11日 申請日期2003年1月22日 優(yōu)先權日2003年1月22日
發(fā)明者竺樹銘, 左衛(wèi)東, 李曉忠 申請人:聯(lián)想(北京)有限公司