電視前鏡導(dǎo)光柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吳昌全

摘 要：文章主要介紹了電視紅外接收方式以及導(dǎo)光柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析。并且對(duì)出現(xiàn)的一些變化情況進(jìn)行了總結(jié)，以些希望在以后的設(shè)計(jì)中能取得很好的成績(jī)。

關(guān)鍵詞：電視；前鏡；設(shè)計(jì)

1 電視紅外遙控模式分析

目前電視用遙控基本均采用紅外線遙控的方式，紅外遙控系統(tǒng)分發(fā)射和接收兩個(gè)部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管（紅外發(fā)射頭），紅外發(fā)射頭發(fā)射的紅外線波長(zhǎng)在940nm左右，發(fā)射功率在+-18度錐角范圍內(nèi)可保持峰值功率的50%。接收部分是一種光敏二極管，與其他放大電路等一起被封裝在黑色環(huán)氧樹脂里面，稱為紅外接收頭；如果采用外屏蔽的話在接收頭外還有一層金屬屏蔽殼，目前已較少使用。目前我公司常用的兩種外形的接收頭如圖1。

由于紅外發(fā)射頭功率很小，由圖1可見，接收頭的受光面均做成球面或圓柱面，以聚集發(fā)射頭發(fā)射的紅外線，獲得足夠的信號(hào)強(qiáng)度。其中第一種接收頭目前使用在LED10系列上，外圍尺寸稍小，適用于空間較小的情況下，其外圍尺寸5X6mm，受光柱面直徑約φ3.4～3.5mm；第二種接收頭為最常用的，大部分機(jī)型目前均使用，其外圍尺寸6X7mm，受光球面直徑約φ4.3～4.5mm。

目前我公司部分產(chǎn)品的有遙控距離和角度不達(dá)標(biāo)的情況，主要為03、11等系列。目前我公司產(chǎn)品主要使用第二種接收頭，下面以第二種接收頭來分析前鏡導(dǎo)光柱（即紅外接收鏡的導(dǎo)光部分）的結(jié)構(gòu)對(duì)接收效果的影響。我們先考慮最通常情況：紅外線通過正圓柱的實(shí)心導(dǎo)光柱直射進(jìn)入接收頭。

圖中導(dǎo)光柱直徑D為5mm，長(zhǎng)度L為8mm，為導(dǎo)光柱的常見尺寸。左圖為光線垂直入射的狀態(tài)，由圖可見，如果前鏡導(dǎo)光柱截面直徑D小于接收頭受光面投影直徑，接收頭受光面并未全部起作用，這就使接收頭得到的紅外線光通量下降，容易產(chǎn)生信號(hào)丟失的情況，實(shí)際使用時(shí)表現(xiàn)出遙控不靈敏，遙控距離等不夠的情況。所以要保證接收頭最佳工作狀態(tài)，前鏡的導(dǎo)光柱截面至少需包絡(luò)直徑4.3～4.5mm的圓。如果導(dǎo)光柱截面為圓形，則直徑不應(yīng)小于4.5mm；如果導(dǎo)光柱為矩形，則矩形短邊不應(yīng)小于4.3～4.5mm。

如果此時(shí)導(dǎo)光柱尺寸較大、接收頭貼緊端面，則接收效果不受影響，否則接收頭將只有部分受光面能接收到紅外線。根據(jù)導(dǎo)光柱長(zhǎng)度的不同，要想在15度入射情況下使接收頭的所有受光面均能接收紅外光，必須增大導(dǎo)光柱的孔徑。圖中為φ5mm，長(zhǎng)8mm導(dǎo)光柱的通關(guān)狀況，圖中可以看出，接收頭約有20%面積無法接收到紅外光。實(shí)際還有小部分全反射光未考慮，（圖中品紅色線部分）。

因此，考慮接收頭本身的受光面大小及+-15度狀態(tài)下的光線偏移，導(dǎo)光柱的截面尺寸應(yīng)至少大于5mm較為合適。另外需要注意的是導(dǎo)光柱的兩端面均需保證光滑，因凹凸不平的表面會(huì)使部分光線散射，易造成接收頭受光量的下降。

下面考慮導(dǎo)光柱兩端為非垂直平面的情況，入射光暫僅分析垂直入射。

帶凹坑有利于接收頭球面的定位，但此時(shí)的導(dǎo)光柱類似于一個(gè)凹透鏡，通過它的紅外光線將出現(xiàn)發(fā)散的情況，有部分紅外線便會(huì)折射向接收面以外的地方（圖中紅色線），當(dāng)導(dǎo)光柱與接收頭的間隙d接近0時(shí)，此現(xiàn)象基本可以避免，但當(dāng)間隙增大時(shí)紅外線的損失量會(huì)迅速增加。

由圖可以看出一般情況下凸面使導(dǎo)光柱類似于凸透鏡，有聚光作用，可使原本邊緣的光聚向中間，有利于接收頭接收紅外線；不過當(dāng)凸面R值變小（焦距減小）或?qū)Ч庵^長(zhǎng)時(shí)（長(zhǎng)過凸透鏡焦點(diǎn)1.5倍以上），狀況會(huì)發(fā)生變化，光線可能會(huì)從中心線的另外一邊溜走，使接收效果下降。如果導(dǎo)光柱很長(zhǎng)的話可以考慮把后端截面逐漸減小（平滑變化）到小于接收頭的受光面，這樣理論上可以避免上述狀況。

這個(gè)狀況可近似看作接收頭裝偏了，這樣勢(shì)必會(huì)影響到接收效果，應(yīng)盡量避免使用，如需要使用，則接收頭位置應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整以抵消光線偏轉(zhuǎn)的影響。此情形下還有部分全反射的光線，因一般導(dǎo)光柱長(zhǎng)度有限，故此部分光量較小，不再考慮。

以上三種狀況組合又會(huì)產(chǎn)生不同的狀況，可以根據(jù)上述情況再加以分析。（注：以上光線軌跡為簡(jiǎn)單模擬，未根據(jù)折射率計(jì)算，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)不同導(dǎo)光柱材料的性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。）

上面列舉的僅為簡(jiǎn)單光路分析，實(shí)際情況下光線經(jīng)過每一個(gè)分界面均會(huì)產(chǎn)生反射及其他損失（包括導(dǎo)光柱材料的吸收即漫反射等），反射率會(huì)隨著入射角的增加而增加，不過如果最基本的光路有問題則再好的材料、再大的發(fā)射功率對(duì)接收效果的作用也是有限的。

由上面的簡(jiǎn)單分析可以得出：要想得到較好的接收效果，在導(dǎo)光柱的結(jié)構(gòu)方面需要注意以下幾點(diǎn)：導(dǎo)光柱截面需包絡(luò)不小于φ4.5mm的圓，考慮臨界接收狀態(tài)，當(dāng)導(dǎo)光柱稍長(zhǎng)時(shí)，尺寸應(yīng)增大至大于φ5mm、導(dǎo)光柱內(nèi)側(cè)面不建議采用凹面的、在外觀允許的情況下導(dǎo)光柱外表面可稍有凸起或邊緣倒圓角、導(dǎo)光柱外表面盡量不要設(shè)計(jì)為斜面、接收頭盡量貼緊導(dǎo)光柱。

2 實(shí)例說明

以下列舉一些其他品牌電視產(chǎn)品的紅外遙控導(dǎo)光部分結(jié)構(gòu)情況：（1）東芝：42CV500；前鏡上的接收頭導(dǎo)光柱為紅色箭頭處，其導(dǎo)光柱為無色透明，端面平整光滑的圓柱，其直徑大于5mm。（2）三星：LA40A550；其面殼為半透明材料，但透明度較低，所以其面殼為導(dǎo)光柱開有一孔，導(dǎo)光柱材料為暗紅色半透明，其直徑大約5mm，端面平整光滑。（3）三星：UA40B6000VF；此為高光半透明面殼，透明度較高，接收頭直接貼于面殼后部，無單獨(dú)導(dǎo)光柱。其接收頭類似上面索尼用的，不過引腳不同。

由以上其他品牌產(chǎn)品可以看出：導(dǎo)光柱截面尺寸均不小于5mm圓，實(shí)心且前后端面均平整光滑。對(duì)于半透明面殼，面殼表面光滑，根據(jù)其透明度不同確定面殼是否需要開孔，深色導(dǎo)光柱采用了暗紅色，有利于紅外線的通過。

3 結(jié)束語

為使我們的產(chǎn)品有較好的遙控接收效果，設(shè)計(jì)前鏡導(dǎo)光柱時(shí)：（1）其截面直徑應(yīng)大于5mm，或包絡(luò)最大圓直徑大于5mm；（2）端面保持平直，外表面建議不要采用斜面設(shè)計(jì)，可以為平整微凸，邊緣倒圓角；如內(nèi)表面采用了凹坑設(shè)計(jì)，需確保接收頭受光面與導(dǎo)光柱凹面的良好貼合；（3）導(dǎo)光柱內(nèi)外表面要光滑，需較高的表面平整度；（4）如需采用深色材料，使用暗紅色材料，且透明度需盡量提高；（5）如面殼采用半透明材料，面殼通光部分不開口，則面殼表面宜光滑，透明度需較高（根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果確定）。