电视机遥控导光柱的光学设计

表2
五、小结
针对接收距离及接收角度不达标的问题，对电视机中应用广泛的导光柱进行研究，通过理论计算及试 验数据对比，确定了导光柱形状；材料及颜色对指示灯及红外遥控的影响因素，并给出了此后在设计中设 计此类部件的一些指导建议，避免以后此类问题的发生。
参考文献
[1] 《Light Guide Techniques Using LED Lamps》 Application Brief I-003 [2] 《物理光学与应用光学》石顺祥、王学恩、刘劲松 西安电子科技大学出版社 [3] 《电视广播接收机用红外遥控发射与接收通用技术条件》Q/SCWB2002-2006
光率，容易出现遥控不灵敏、遥控角度不够的现象，如 L03 系列的导光柱原造型深红色，遥控角度不够，后 重新调整较浅的红色，试验合格。材料与色粉的比例可参考实验报告 A。 (2) 导光柱与接收头位置不合理
对于接收面是竖直平面型的导光柱，接收头应与导光柱在同一中心线上接收效果最好；对于斜面型导光 柱，接收头如放置在导光柱的中心，红外线经导光柱折射后部分偏离导光柱中心，不能到达接受头,见图 4。 如 M11 系列导光柱遥控角度不够，分析原因是导光柱与接收头的距离较大和接收头的放置位置不合理,经调整 导光柱和接收头的距离和位置，实验合格。斜面型导光柱与接收头的距离和位置见实验报告 C。
由光的折射定律： nisinθc = nfsinθf
当光由玻璃射入空气时：ni=1.5， sinθf=1.0， nf=1.0 ， sinθc =1/1.5=0.667 ， θc≈42，此临 界角也适用于透明塑料（PMMA；PC；AS）。根据能量守恒定律，当发生全反射时，反射光的能量等于入射 光的能量，即入射光全部反射出去。
a．空心结构
b．实心结构
图9四、 导光柱常见形式和设计 Nhomakorabea点导光柱按前后表面投影面积可分为：无增益型和有增益型；按外部形状可分为：圆形 和长方形，其中按
圆形、长方形的正表面是否竖直可分为：竖直型和斜面型。因无增益型 、长方形和竖直型结构形式相同，下
表只介绍增益型、圆型、斜面型的结构形式和设计要点，见表 2。
图5
(3) 导光柱的结构优化 原则是通过结构优化，使导光柱对光线的损耗最小，并能使光线集中于导光柱后面正中，方便接收头的
摆放及接收。以下列举几个优化措施供参考。 A、尽量减少支承损耗 导光柱安装在面壳上，一般采用螺钉、胶钉或扣位固定， 支承部分就是指导光柱本体以外的固定部分。
按导光柱导光原理，应尽量减少支承部分与导光柱本体的连接，以便使尽量多的光到达遥控接收器。如图 6
2. 实验用仪器及材料：整机 2 台；不同材料颜色导光柱；不同形状导光柱； 3. 实验方法：对比试验 4. 实验内容及步骤
实验 A．测试不同颜色和材料的导光柱对遥控接收头灵敏度的影响 实验地点：科技大楼一楼展厅 实验对象：19L08 不同颜色和材料的导光柱 (用胶袋及标签区分)，导光柱与接收头的距离 G=1.2mm (见图 14)。 接收头编号：5302-140038-00，19L08 导光柱编号：1007-19L080-01， PC(GE)原料黑色，能透过红外线，用在多媒体,导光柱编号:1007-29T0E0-01。
和角度的影响相差不大，实验 A 的结果也验证了这一结论。在注塑特性上,AS 易粘模，脆性大，如选用此材
料，要留意出模角度和顶出位置。目前我公司使用的导光柱大部分为性能较好的 PMMA 材料。
塑料名称 透光率（%） 参考价格 RMB(元/KG)
成型特性
备注
ABS(透明)
89
23
易成型
AS（SAN）
90
（1）斜角 A≤10° 以免光线在左右方 向进入时在导光柱斜面上反射后入射角 小于临界角 （42°），由全反射变为折射 （所有角度以法线为参考，以下同），不 能到达接收头。 （2）前宽度 W1 范围是 5～10MM(与无增益 型的 W 取值相同)。 （3）前后宽度比 W1／W2≤1.5 以免经多 次反射后，光线角度累积会使入射角超出 临界角（每次反射后角度都减小 A）。 （4）T1／T2≤1.5 ，为了开模简单也可 T1＝T2。 （5）其它参数同无增益型 （1）D＝5mm（推荐值）。 最小值 DMIN≥4mm 如太小会影响灵敏度 及要求导光柱与接收头高精度的对位。 最大值 DMAX≤6mm 避免注塑时产生缩水凹 陷，从而影响导光性能。 （2）正面可做成弧形，形成凸透镜效果。 H=0.3～0.5MM。 （3）其它参数同无增益型 （1）A≤20 度。角度越大，输出导光柱 的光偏离导光柱中心越远。 （2）D2＝0～2mm，与角度 A 有关，可参 考实验报告。 （3）正面可做成弧形，形成凸透镜效果。 H=0.3～0.5MM。 （4）其它参数同无增益型
附录：实验报告
实验题目：电视机导光柱对红外接收放大器（接收头）灵敏度的影响 实 验 人：结构四室；结构一室 合 作 者：向勇；冯灵光；贾利锐；张军;叶华 实验地点：科技大楼一楼展厅 日 期：2009.4-2009.5
1. 实验目的及意义 验证导光柱的形状；截面大小；透光率及颜色对接收头灵敏度的影响，解决市场反馈遥控不灵敏;遥控角 度不够等问题。
ABS（透明） 502
1.4g/1kg 半透明
28
38
L3
ABS（透明） 502
2.8g/1kg 半透明
29
35
L4
AS(SAN)
全透明
>30
42
L5
AS(SAN) 502
0.5g/1kg 半透明
结构形式
图例
设计要点
1. 无增益型：
（1）长度避免过大（L／W≤3 ） 以免光
导光柱的前后表面的 投影面积相同
线经多次反射造成衰减。 （2）W＝10mm（推荐值），最小值 WMIN≥5mm，
太小会影响灵敏度及接收角。
（3）T＝5mm（推荐值）。
最小值 TMIN≥4mm 如太小会影响灵敏度 及要求导光柱与接收头高精度的对位。最
2. 有增益型： 导光柱的前表面的投 影面积＞后表面的投
影面积
3. 圆形（半圆形）
4. 斜面型： 正面是圆形或长方形; 侧面为斜面的导光柱
大值 TMAX≤6mm 避免注塑时产生缩水凹 陷，从而影响导光性能 （4）R＝3～5mm R 的作用是增大水平接 收角，消除接收盲点。 （5）四条棱边倒角 R≥0.5mm。 （6）所有表面要光滑。
二、 导光柱实现导光的基本原理
导光柱的工作原理主要涉及到三个光学定律，以下作简单介绍： 1、 光的折射定律(菲涅耳定律)
光线入射到不同介质的界面上会发生反射和折 射。其中入射光；折射光和法线位于同一个平面上， 并且与界面法线的夹角满足如下关系(见图 1)：
nisinθi = nfsinθf 其中：
ni 和 nf 分别是两个介质的折射率； θi 和θf 分别是入射角和折射角.
以一定比例混合，也可得到接近上述 A 之效果。(注：比例多少要通过实验取得)
(2) 合理放置接收头与导光柱的相对位置
红外线经导光柱折射传导后，最终的折射光线位置与导光柱的结构形状有较大关系，导光柱的结构形状
决定了接收头的摆放位置，如图 4 原因分析，图 5 为优化后的接收头摆放位置。
a．原位置
b．优化后位置
导光柱
接收头
导光柱
接收头
a．竖直平面型
b．斜面型
图4
(3) 导光柱的结构设计不合理
导光柱的结构形状对红外线的传导效果有很大影响，好的设计可以将有效的红外线集中并传导至接收头
处。见实验报告 B 和 C。
3. 设计优化改进 (1) 选定合适的导光柱材料和色粉添加比例
原则上尽量选用透光率高的材料，从下表 1 可以看出：透明 ABS、AS、PC 的透光率相当，对遥控距离
图 14
实验工具：19L08 整机一台；卷尺；角度尺（用 A4 图纸打印），螺丝刀；遥控器等 实验部骤：
a) 检验接收头是否与导光柱对中，如不对中，需调整，用目测法保证接收头与导光柱基本对中。
b) 选定一合适位置，将角度尺用胶纸贴在台桌上，将 19L08 整机底座的一条直边与角度尺对齐，先测
量直线遥控的最大距离，具体方法利用展厅瓷砖的方格来定直线度和距离。再慢慢对准角度尺将整
电视机遥控导光柱的光学设计
【摘 要】 文章主要介绍导光柱导光的原理，基于光学原理和实验探讨导光柱在电视机上优化设计和应用，
对彩电整机设计、生产中遇到相应的问题提出思路和方法。
【关键词】 光学原理 导光柱 接收头 设计 应用
一、 背景
电视机的遥控接收传感器（接收头）一般安装在机壳内，遥控器发出的红外线控制信号通过安装在机壳 的导光柱传导，作用于遥控接收传感器。导光柱既是遥控红外线传入遥控接收传感器的光路通道，也是电视 机外观的装饰零件，零件设计受到外观限制。针对近期我公司质量部反馈遥控接收角度不够、接收不灵敏的 情况，本文从导光柱的光学设计原理入手，结合实际遥控不良的机器,对现有的几款导光柱进行分析、改进及 对比实验，解决了遥控角度不够或遥控不灵敏的问题。本文还总结了导光柱设计的几种常见形式和设计要点， 给出了导光柱的优化设计方案。
a．原设计
图8
b．优化设计
C、 导光柱采用实心结构 导光柱采用实心结构比空心结构更有利于接收头获得较多的红外线，如图 9 所示，同一束光经过空心结 构的导光柱，到达接收头的光只是反射光，折射光远离中心到达不了接收头，根据 菲涅耳损耗原理，到达接 收头的反射光只是入射光的极少部分，基本可以忽略不计；而实心结构导光柱经过 2 次折射出的光线接近中 心，达到接收头。
在电视机上，进入导光柱的遥控红外线理论上也是通过全反射到达接收头，导光柱模具要抛光处理才能 避免因光的折射而产生损耗。
三、 导光柱的优化设计
1. 目前存在的问题 遥控不灵敏，遥控角度不够，主要是遥控水平角度达不到 30 度以上。