专利名称：一种光学透射窗的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学透射装置，特别是一种应用于改善光接收装置接收性能的光学透射窗。
背景技术：
目前的计算机、家用电器等设备上的遥控装置多选择红外作为信号传送波段。参见图1，通常遥控装置由三部分组成光传感器的接收头101、透射窗102和遥控器103。从遥控器103发射的带有指令信息的信号光线透过透射窗102投射到接收头101。遥控器103的有效发射范围如图中的虚线部分所示，由于红外线有很强的方向性，一般的红外接收传感器只能接收30度范围内的红外信号，在30度以外，红外的有效距离迅速减少为0。因此，用户只有在接收头101正前方很窄范围内才能进行遥控操作，这给用户的使用带来了不便。
针对此种情况，生产厂家提出了若干解决方案，比如采用几个红外接收头来扩大可遥控范围，但这种方案成本较高。另外，中国专利号为94119491.4，名称为《具有扩大了的红外指令接收范围的遥控接收器》的发明专利，公开了一种通过采用多个五面体棱镜或衍射光栅的改进型透红外窗，该发明通过采用多个等边直角棱镜来加强对遥控信号接收能力，但其只有在有限的几个地方能对信号有效接收。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光学透射窗，使其在不增加光接收传感器的基础上扩大对光线的接收范围和强度，同时不丢失信号光的载波信号，方便用户使用。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的一种光学透射窗，设置于光传感器的接收头之前，在该透射窗上设置一个能透过并折射光线的棱镜圆环，棱镜圆环的中心轴线穿过接收头，且入射光经过棱镜圆环截面沿中心轴线向接收头方向偏折。
该透射窗所述棱镜圆环的截面是三角形。
该透射窗所述棱镜圆环的截面是等腰三角形，等腰三角形的一个腰位于光入射表面，另一个腰位于光出射表面。
该透射窗所述棱镜圆环的光入射表面与该棱镜圆环的中心轴线垂直，其光出射表面是与光入射表面成一定角度的斜面。
该透射窗进一步包括一个凸透镜，该凸透镜的主光轴位于棱镜圆环的中心轴线上，且接收头位于凸透镜的光出射侧焦点上。
该透射窗所述凸透镜的光入射表面是与主光轴垂直的平面，光出射表面是球面。
该透射窗所述凸透镜的光入射表面和光出射表面都是球面。
该透射窗所述棱镜圆环和凸透镜一体成形，且凸透镜位于棱镜圆环的中心。
这种解决方案与多个现有的透射窗的技术方案比较的好处是成本低，安装方便，由于采用中心对称的环形结构，因此接收角度好。既可以增大红外接收头的接收角度，又可以增强有效范围内的有效距离。
图1为红外遥控设备的结构及位置关系示意图；图2为本发明透射窗的截面图；图3为棱镜折射原理图；图4为本发明较佳实施例结构的立体图；图5为本发明较佳实施例的具体结构平面图；
图6为本发明另一较佳实施例的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施例对本发明方案作进一步详细的说明。
透射窗通常设置于光传感器的接收头的正前方，本发明透射窗适用于不同波长光线的光接收传感器，下面以用于红外接收传感器的透射窗为例进行说明。
本发明中的透射窗采用棱镜结构，对于透射窗来说，棱镜的形状和摆放位置的设计很关键。因此，为了使对信号的接收效果在各个角度相同，本发明采用棱镜圆环的结构。本实施例透射窗中棱镜圆环201的截面参见图2所示，是一个等腰三角形。当用户站得很偏的时候，如图2所示，带有载波信号的光202以很大入射角倾斜射入红外透射窗口，经等腰三角形的一边向底边方向折射，然后从等腰三角形的另一边射向红外线接收头101。
假设遥控器与透射窗的距离远大于透射窗离接收头101的距离，这样对于入射到透射窗上的某一束光来说，可以把棱镜圆环201等效为棱镜，并使棱镜圆环201远离接收头101的一面，即外表面保持为平面，使内表面为斜面，这样设计一方面可以增大对信号的接收面积，另一方面也使透射窗的外表面平整美观。
棱镜截面顶角的确定参见图3所示，对于一个截面为等腰三角形顶角为B的棱镜，根据棱镜的折射原理，当光线从棱镜的一个面入射时，它会向等腰三角形底边方向折射，则经棱镜折射后的偏向角是A。
在实际设计中，先可以设定出所要达到的最大信号接收范围，例如假定最大可接收角度为45度；通常透射窗到接收头101的距离是一个固定值，等腰三角形边长以及棱镜圆环201的内径可根据实际需求确定，这样可根据棱镜圆环201到接收头101的距离以及考虑到棱镜边长和棱镜圆环201的内径，计算出棱镜出射光线的角度。一般，材料的折射率n是已知的，例如本实施例所选用的亚可力材料的折射率为1.49，因此就可以通过几何光学方法计算出棱镜顶角B。通常所得B值会有两个，这样还需要用到最小偏向角公式，当入射角与出射角相等时，会出现最小偏向角Amin，最小偏向角Amin满足公式(1)n＝sin(Amin+B′/2)/sin(B′/2) (1)其中，B’为最小偏向角所对应的等腰三角形顶角。
通过上述给定的最大可接收角度和计算出的出射光线角度，计算出偏向角A的大小，将A作为Amin带入公式(1)，计算出一个临界棱镜顶角B’，并选择大于B’的顶角B值作为棱镜的顶角。这样可以保证45度范围内的入射光都可以到达接收头101。
为了增强到达接收头101的光强，提高红外接收器的信号接收敏感度，本发明较佳的实施方式是在棱镜圆环201中心的轴线上再设置一个凸透镜202，棱镜圆环201的轴心正好在凸透镜202的光心。透镜的曲率半径可以从公式(2)得出。
f＝1/(n1-1)(1/r1-1/r2)(2)公式(2)中的f是焦距，n1为透镜的折射率，r1及r2是透镜的两个曲率半径。
由于遥控器与透射窗的距离远大于透射窗离接收头101的距离，也就是说物距为无穷远，因此将接收头101离凸透镜202的距离设置为该凸透镜202焦距。这样在角度比较正的方向上时，从遥控器发出的红外线像平行光一样射入，经过透镜会聚到接收头101上，增强了红外光的强度，从而也就增加了遥控器的有效距离。
可以看出，到达棱镜圆环201内径与凸透镜202边缘之间的距离Δr范围内的光线没有被折射，因此在制作工艺允许的条件下应使Δr越小越好。并且具体设计时，为了让透射窗外表面还维持一个平面，可以让凸透镜202的外表面为平面，也就是使该面的曲率半径为无穷。这种棱镜圆环201与凸透镜202的结合，可以有效地解决红外方向性强，有效距离短的问题。
为了降低成本较佳的实施方案是，把棱镜和透镜两部分做在一起。参见图4所示，即为按该方案设计的透射窗立体结构图。图5是该透射窗具体结构的A-A剖视图。因为实际使用中，用户对左右的偏向角比较敏感，而对上下的偏向角不太敏感，因此把用于安装的突起401部位设计在棱镜圆环201的上下部位，以避开用户敏感的地方，两个突起401上各打有一个安装孔402。
在许多情形下，并不是所有的接收头101外面只有一个透射窗，例如在有些接收设备的红外透射窗口外面还有一个大的翻盖，那么为了用户方便需要在大翻盖上设计一个更大的透射窗。这时候使用本发明则会起到事半工倍的作用，既可以减少外红外透射窗的面积，又可以增强红外透过的强度。可采取图6所示的结构，在内侧透射窗上设计一个透镜，这里内侧透射窗是指靠近接收头101一侧的透射窗，可以使用双球面的凸透镜601，外侧透射窗使用棱镜圆环201且使外表面为平面，注意此时棱镜圆环201的中心部分并不是空心的而是平面透镜，以起到防尘保护内侧透射窗和接收头101的作用。凸透镜601和棱镜圆环201的材料可以采用常用的亚克力材料。另外，也可以把凸透镜601设置于外侧透射窗，棱镜圆环设置于内侧透射窗。
本发明实施例中，棱镜圆环的截面采用等腰三角形是出于设计上的方便以及美观考虑，如果有特殊需求也可不采用等腰三角形的结构，并且还可以根据实际需要将棱镜的截面设计成其它形状，如梯形或外表面为类似凹面镜的球面等。另外，为了增加透射率也可以在透射窗表面涂附增透膜等材料。总之以上所述的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种光学透射窗，设置于光传感器的接收头之前，其特征在于，在该透射窗上设置一个能透过并折射光线的棱镜圆环，棱镜圆环的中心轴线穿过接收头，且入射光经过棱镜圆环截面沿中心轴线向接收头方向偏折。
2.根据权利要求1所述的透射窗，其特征在于，所述棱镜圆环的截面是三角形。
3.根据权利要求2所述的透射窗，其特征在于，所述棱镜圆环的截面是等腰三角形，等腰三角形的一个腰位于光入射表面，另一个腰位于光出射表面。
4.根据权利要求1所述的透射窗，其特征在于，所述棱镜圆环的光入射表面与该棱镜圆环的中心轴线垂直，其光出射表面是与光入射表面成一定角度的斜面。
5.根据权利要求1所述的透射窗，其特征在于，进一步包括一个凸透镜，该凸透镜的主光轴位于棱镜圆环的中心轴线上，且接收头位于凸透镜的光出射侧焦点上。
6.根据权利要求5所述的透射窗，其特征在于，所述凸透镜的光入射表面是与主光轴垂直的平面，光出射表面是球面。
7.根据权利要求5所述的透射窗，其特征在于，所述凸透镜的光入射表面和光出射表面都是球面。
8.根据权利要求5所述的透射窗，其特征在于，所述棱镜圆环和凸透镜一体成形，且凸透镜位于棱镜圆环的中心。
全文摘要
本发明公开了一种光学透射窗，设置于光传感器的接收头之前，在该透射窗上设置一个能透过并折射光线的棱镜圆环，以及一个能增强光强度的凸透镜，棱镜圆环的中心轴线穿过接收头，且入射光经过棱镜圆环截面沿中心轴线向接收头方向偏折，透镜的光心也在棱镜圆环的中心轴线上。这种解决方案与多个现有的透射窗比较的好处是成本低，安装方便，接收角度好。既可以增大红外接收头的接收角度，又可以增强有效范围内的有效距离。
文档编号G02B3/00GK1519583SQ0310081
公开日2004年8月11日 申请日期2003年1月22日 优先权日2003年1月22日
发明者竺树铭, 左卫东, 李晓忠 申请人:联想(北京)有限公司