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)計結(jié)構(gòu)分析。并且對出現(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)計中能取得很好的成績。
關(guān)鍵詞:電視;前鏡;設(shè)計
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,獲得足夠的信號強度。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)生信號丟失的情況,實際使用時表現(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,但此時的導(dǎo)光柱類似于一個凹透鏡,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,此現(xiàn)象基本可以避免,但當(dāng)間隙增大時紅外線的損失量會迅速增加。
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?。┗?qū)Ч庵^長時(長過凸透鏡焦點1.5倍以上),狀況會發(fā)生變化,光線可能會從中心線的另外一邊溜走,使接收效果下降。如果導(dǎo)光柱很長的話可以考慮把后端截面逐漸減?。ㄆ交兓┑叫∮诮邮疹^的受光面,這樣理論上可以避免上述狀況。
這個狀況可近似看作接收頭裝偏了,這樣勢必會影響到接收效果,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:以上光線軌跡為簡單模擬,未根據(jù)折射率計算,實際應(yīng)用時可根據(jù)不同導(dǎo)光柱材料的性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計。)
上面列舉的僅為簡單光路分析,實際情況下光線經(jīng)過每一個分界面均會產(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)射功率對接收效果的作用也是有限的。
由上面的簡單分析可以得出: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: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)光柱稍長時,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)計為斜面、接收頭盡量貼緊導(dǎo)光柱。
2 實例說明
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,實心且前后端面均平整光滑。對于半透明面殼,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)計前鏡導(dǎo)光柱時:(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,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,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)實際測試結(jié)果確定)。