CN102956245B - 一种兼容多类型光盘的透镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可以兼容多种类型光盘的透镜，包括第一透镜面(1)和第二透镜面(2)。第一透镜面包括中央区(11)、中间区(12)和外轴区(13)，该中间区(12)区别并相邻中央区(12)和外轴区(13)，第二透镜面(2)包括内层区(21)和外层区(22)，内层区(21)和外层区(22)区别并相邻。两个透镜面的不同区域具有不同的光学折射、衍射效应，入射激光经过两个透镜面的不同区域后，会在聚焦区的不同位置聚焦，形成聚焦点。对应的聚焦点为不同类型的光盘的信息区，从而实现不同类型光盘的识别、读取和写入。

Description

一种兼容多类型光盘的透镜

技术领域

本发明涉及一种透镜，更具体地说，涉及一种可以兼容多种类型光盘的透镜。

背景技术

目前用于读取多种格式类型光盘的透镜大多数是通过在原透镜前加入光学组件的方法来实现的，例如在透镜前加入多格式兼容板、使用透镜组代替单个透镜、加入动态数值孔径控制单元等等。这些方法使透镜结构变得复杂，制作成本高，准确性和可靠性较低，组件易磨损。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题进行改进，即本发明要解决的问题是提供一种透镜，使得单个透镜无需通过外加的光学组件就能兼容多种类型的光盘，从而实现透镜结构的简单化，降低成本，提高***的准确性和可靠性，使得***更加耐用。

本发明上述技术问题这样解决，构造一种兼容多类型光盘的透镜，包括预定形状的第一透镜面和第二透镜面，第一透镜面和第二透镜面将入射光聚焦到聚焦区，其特征在于，所述第一透镜面包括中央区、中间区和外轴区，该中间区区别并相邻中央区和外轴区，所述第二透镜面包括内层区和外层区，内层区和外层区区别并相邻，到达所述聚焦区的聚焦光至少包括分别经过中央区、中间区和外轴区的不同聚焦光。

在本发明提供的透镜中，所述聚焦区为记录光盘信息的光盘区域，并位于透镜光轴上。

在本发明提供的透镜中，所述多类型光盘为BD格式或CBHD格式或DVD格式或CD格式中的一种或多种。

在本发明提供的透镜中，所述第一透镜面的镜面形状为下述方程所描述，

$Z_1=\mathrm{circ}(r-r_a)\{\frac{c_1{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_1)c_1^2{r}^2}}+\underset{i=2}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{r}^{2i}+$

$\frac{{\mathrm{\δ}}_a\mathrm{\λ}}{n-1}[\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{A}_j{(r/r_a)}^{2j}-\mathrm{Int}\left(\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{A}_j{(r/r_a)}^{2j}\right)]\}+$

$[1-\mathrm{circ}(r-r_a)]\mathrm{circ}(r-r_b)\{\frac{c_2{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_2)c_2^2{r}^2}}+\underset{i=2}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{r}^{2i}+$

$\frac{{\mathrm{\δ}}_b\mathrm{\λ}}{n-1}[\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{B}_j{(r/r_b)}^{2j}-\mathrm{Int}\left(\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{B}_j{(r/r_b)}^{2j}\right)]\}+$

$[1-\mathrm{circ}(r-r_a)][1-\mathrm{circ}(r-r_b)]\mathrm{circ}(r-r_c)\{\frac{c_2{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_2)c_2^2{r}^2}}+\underset{i=2}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{r}^{2i}\}$

其中，δ_a，δ_b衍射效率系数，r为第一透镜面上的点到中央光轴的距离，r_a为第一透镜面中央区的点距离光轴的最大值，r_b为第一透镜面中间区的点距离光轴的最大值(其中r_a＜r_b)，r_c为第一透镜面外轴区的点距离光轴的最大值(其中r_b＜r_c)，c₁，c₂为曲率，k₁，k₂为圆锥系数，a_i，b_i，A_j，B_j为垂度系数，λ为入射激光的主波长，n为透镜材料对应在λ波长的折射率。

在本发明提供的透镜中，所述第二透镜面的镜面形状为下述方程所描述，

$Z_2=\mathrm{circ}(r-r_d)\{\frac{c_4{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_4)c_4^2{r}^2}}+\underset{i=2}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i{r}^{2i}+$

$\frac{{\mathrm{\δ}}_d\mathrm{\λ}}{n-1}[\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{D}_j{(r/r_d)}^{2j}-\mathrm{Int}\left(\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{D}_j{(r/r_d)}^{2j}\right)]\}+$

$[1-\mathrm{circ}(r-r_d)]\mathrm{circ}(r-r_e)\{\frac{c_5{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_5)c_5^2{r}^2}}+\underset{i=2}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{e}_i{r}^{2i}\}$

其中δ_d衍射效率系数，r为第二透镜面上的点到中央光轴的距离，r_d为第二透镜面内层区的点距离光轴的最大值，r_e为第二透镜面外层区的点距离光轴的最大值(r_d＜r_e)，c₄，c₅为曲率，k₄，k₅为圆锥系数，d_i，e_i，D_j为垂度系数，λ为入射激光的主波长，n为透镜材料对应在λ波长的折射率。

在本发明提供的透镜中，所述透镜的数值孔径在对应光盘格式为BD、CBHD、DVD、CD时的数值分别为0.85±0.01，0.65±0.01，0.6～0.65±0.01，0.47～0.51±0.01。

实施本发明提供的由上述两个透镜面组成的透镜，可以将入射光聚焦在聚焦区，更具体的，由于两个透镜面的不同区域具有不同的光学折射、衍射效应，入射激光经过两个透镜面的不同区域后，会在聚焦区的不同位置聚焦，形成聚焦点。对应的聚焦点为不同类型的光盘的信息区。通过选择入射激光类型、透镜能量透射效率、衍射级数、透镜镜面参数等，使得该透镜能够识别、读取或写入不同类型的光盘。实施这种透镜的有益效果在于简化了透镜结构，降低了成本，提高***的准确性和可靠性，使得***更加耐用。

附图说明

附图为本发明透镜的剖视图。

图中1为透镜第一透镜面；

11为第一透镜面的中央区；

12为第一透镜面的中间区；

13为第一透镜面的外轴区；

2为透镜的第二透镜面；

21为第二透镜面的内层区；

22为第二透镜面的外层区；

31为蓝光(BD)格式光盘的信息区；

32为中国蓝光高清(CBHD)格式光盘的信息区；

33为DVD格式光盘的信息区；

34为CD格式光盘的信息区。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解析本发明。并不用于限定本发明。

如附图所示的透镜，透镜由第一透镜面(1)和第二透镜面(2)组成，第一透镜面(1)包括中央区(11)、中间区(12)和外轴区(13)，该中间区(12)区别并相邻中央区(11)和外轴区(13)；第二透镜面(2)包括内层区(21)和外层区(22)，内层区(21)和外层区(22)区别并相邻。入射激光从第一透镜面(1)入射，从第二透镜面出射(2)，由于第一透镜面(1)的中央区(11)、中间区(12)和外轴区(13)以及第二透镜面(2)的内层区(21)和外层区(22)具有不同的光学折射、衍射效应，出射后的激光会在聚焦区形成不同的聚焦点。

第一透镜面(1)的镜面形状为下述的方程所描述，

$Z_1=\mathrm{circ}(r-r_a)\{\frac{c_1{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_1)c_1^2{r}^2}}+\underset{i=2}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{r}^{2i}+$

$\frac{{\mathrm{\δ}}_a\mathrm{\λ}}{n-1}[\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{A}_j{(r/r_a)}^{2j}-\mathrm{Int}\left(\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{A}_j{(r/r_a)}^{2j}\right)]\}+$

$[1-\mathrm{circ}(r-r_a)]\mathrm{circ}(r-r_b)\{\frac{c_2{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_2)c_2^2{r}^2}}+\underset{i=2}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{r}^{2i}+$

$\frac{{\mathrm{\δ}}_b\mathrm{\λ}}{n-1}[\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{B}_j{(r/r_b)}^{2j}-\mathrm{Int}\left(\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{B}_j{(r/r_b)}^{2j}\right)]\}+$

$[1-\mathrm{circ}(r-r_a)][1-\mathrm{circ}(r-r_b)]\mathrm{circ}(r-r_c)\{\frac{c_2{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_2)c_2^2{r}^2}}+\underset{i=2}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{r}^{2i}\}$

第二透镜面(2)的镜面形状为下述的方程所描述

$Z_2=\mathrm{circ}(r-r_d)\{\frac{c_4{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_4)c_4^2{r}^2}}+\underset{i=2}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i{r}^{2i}+$

$\frac{{\mathrm{\δ}}_d\mathrm{\λ}}{n-1}[\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{D}_j{(r/r_d)}^{2j}-\mathrm{Int}\left(\underset{j=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{D}_j{(r/r_d)}^{2j}\right)]\}+$

$[1-\mathrm{circ}(r-r_d)]\mathrm{circ}(r-r_e)\{\frac{c_5{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k_5)c_5^2{r}^2}}+\underset{i=2}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{e}_i{r}^{2i}\}$

入射激光经过两个透镜面的不同区域后，会在聚焦区的不同位置聚焦，形成聚焦点。本实施例的透镜能够将入射光聚焦在光盘的信息区。所述的光盘信息区为：BD光盘信息区(31)、CBHD光盘信息区(32)、DVD光盘信息区(33)、CD光盘信息区(34)。从而实现了单个透镜对多种类型光盘的识别、读取或写入。

在本实施例中，透镜可以兼容如下四种格式光盘的一种或多种：蓝光(BD)、中国蓝光高清(CBHD)、DVD和CD。这四种光盘格式对应的能量衍射效率为：

${\mathrm{\η}}_i=\frac{{\∫}_0^{r_a}\exp (-r^2/{\mathrm{\ω}}_0)\mathrm{dr}}{{\∫}_0^{r_c}\exp (-r^2/{\mathrm{\ω}}_0)\mathrm{dr}}\sin c^2[\frac{\mathrm{\λ}(n_i-1)}{{\mathrm{\λ}}_i(n-1)}{\mathrm{\δ}}_a-m_{\mathrm{iS}1}]\sin c^2[\frac{\mathrm{\λ}(n_i-1)}{{\mathrm{\λ}}_i(n-1)}{\mathrm{\δ}}_d-m_{\mathrm{iS}2}]+$

$\mathrm{circ}(2-i)\frac{{\∫}_{r_a}^{r_b}\exp (-r^2/{\mathrm{\ω}}_0)\mathrm{dr}}{{\∫}_0^{r_c}\exp (-r^2/{\mathrm{\ω}}_0)\mathrm{dr}}\sin c^2[\frac{\mathrm{\λ}(n_i-1)}{{\mathrm{\λ}}_i(n-1)}{\mathrm{\δ}}_b-m_{\mathrm{iS}1}]\sin c^2[\frac{\mathrm{\λ}(n_i-1)}{{\mathrm{\λ}}_i(n-1)}{\mathrm{\δ}}_d-m_{\mathrm{iS}2}]+$

$\mathrm{circ}\left(i\right)[1-\frac{{\∫}_0^{r_b}\exp (-r^2/{\mathrm{\ω}}_0)\mathrm{dr}}{{\∫}_0^{r_c}\exp (-r^2/{\mathrm{\ω}}_0)\mathrm{dr}}]\sin c^2[\frac{\mathrm{\λ}(n_i-1)}{{\mathrm{\λ}}_i(n-1)}{\mathrm{\δ}}_d-m_{\mathrm{iS}2}](i=\mathrm{1,2,3,4})$

其中i＝1，2，3，4分别对应蓝光(BD)、中国蓝光高清(CBHD)、DVD和CD。ω₀为入射激光的角频率，δ_i为对应光盘格式的能量投射效率，为对应光盘格式所使用的激光波长，m_i为对应的衍射级数，为对应的折射率n_i。

所述的4种格式的光盘覆盖层为BD：0.1或0.0875毫米；CBHD、DVD：0.6毫米；CD：1.2毫米。

更具体的，当光盘能量衍射效率中的能量透射效率δ_i为特定的数值时，本实施例的透镜就能识别、读取和写入一种或以上的光盘格式，具体如下表所示：

表1

其中M，N为自然数。

同样的，选用不同的主波长的激光，本实施例的透镜就能识别、读取和写入一种或以上的光盘格式，具体如下表所示：

表2

透镜可兼容光盘格式	激光主波长λ
		BD或CBHD	λ＝λ1＝λ2＝405±10nm
DVD	λ＝λ3＝660±10nm
		CD	λ＝λ4＝780±10nm
BD和CBHD	λ＝λ1＝λ2＝405±10nm
		DVD和CD	λ＝λ3＝660±10nm
BD，DVD，CD或CBHD，DVD，CD	λ＝λ1＝λ2＝405±10nm
		BD，CBHD，DVD和CD	λ＝λ1＝λ2＝405±10nm

类似的，选择不同的衍射级数会令本实施例中的透镜识别、读取和写入能力不同。具体如下述表格所示：

表3

当本实施例的透镜识别BD、CBHD、DVD、CD时，对应的透镜数值孔径NA_i为0.85±0.01，0.65±0.01，0.6～0.65±0.01，0.47～0.51±0.01。优选的，当选用本实施例同时识别BD、CBHD、DVD、CD时，透镜***镜面特性参数A₁，D₁需要调节为：

$\frac{{\mathrm{\λ}}_1}{\mathrm{\π}}(A_1{m}_{1S1}+D_1{m}_{1S2})=\frac{N{A}_1}{r_c}-(n_1-1)[c_1-c_4+\frac{(n_1-1)d{c}_1{c}_4}{n_1}]$

其中d为实施例中第一透镜面和第二透镜面在光轴方向上的距离。当本实施例的透镜不需要同时兼容BD、CBHD、DVD、CD，A₁，D₁由透镜的数值孔径，入射光波长，折射率，衍射级数所限定，同时由实际需要兼容的光盘格式，按照BD、CBHD、DVD、CD的优先次序所限定。

如上所述，通过实际调节能量透射效率δ_i，激光主波长λ，衍射级数，透镜***镜面特性参数，可以有选择地兼容BD、CBHD、DVD、CD中的一种或多种，以下给出一组优选参数，使得本实施例中的透镜同时兼容BD、CBHD、DVD、CD的光盘格式：

表4

本发明不局限于上述具体实施方式，实施例中的参数仅为了更加清楚、明白的描述本发明的具体运用，只要透镜的第一透镜面和第二透镜面的形貌满足镜面形状Z₁，Z₂的表达，不论如何选择兼容光盘的具体格式、所使用的入射激光类型、透镜能量透射效率、衍射级数等，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种兼容多类型光盘的透镜，包括预定形状的第一透镜面(1)和第二透镜面(2)，第一透镜面(1)和第二透镜面(2)将入射光聚焦到聚焦区，其特征在于，所述第一透镜面(1)包括中央区(11)、中间区(12)和外轴区(13)，该中间区(12)区别并相邻中央区(11)和外轴区(13)，所述第二透镜面(2)包括内层区(21)和外层区(22)，内层区(21)和外层区(22)区别并相邻，到达所述聚焦区的聚焦光至少包括分别经过中央区(11)、中间区(12)和外轴区(13)的不同聚焦光；

所述第一透镜面(1)的镜面形状为下述的方程所描述，

所述第二透镜面(2)的镜面形状为下述的方程所描述，

其中，δ_a,δ_b,δ_d为衍射效率系数，r₁为第一透镜面上的点到中央光轴的距离，r₂为第二透镜面上的点到中央光轴的距离，r_a为第一透镜面中央区的点距离光轴的最大值，r_b为第一透镜面中间区的点距离光轴的最大值，r_c为第一透镜面外轴区的点距离光轴的最大值，r_d为第二透镜面内层区的点距离光轴的最大值，r_e为第二透镜面外层区的点距离光轴的最大值，c₁,c₂,c₄,c₅为曲率，k₁,k₂,k₄,k₅为圆锥系数，a_i,b_i,A_j,B_j,d_i,e_i,D_j为垂度系数，λ为入射激光的主波长，n为透镜材料对应在λ波长的折射率，r_a＜r_b，r_d＜r_e，r_b＜r_c。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述聚焦区为记录光盘信息的光盘区域，并位于透镜光轴上。

3.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述多类型光盘为BD格式或CBHD格式或DVD格式或CD格式中的一种或多种。

4.如权利要求1-3中任何一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜的数值孔径在对应光盘格式为BD、CBHD、DVD和CD时的数值分别为0.85±0.01,0.65±0.01,0.6～0.65±0.01,0.47～0.51±0.01。