視光學領域產學研合作初探——以自由曲面光焦度測量儀產業化為例

中國標準化研究院 蔡建奇

中國科學院光電技術研究所 史國華

上海雄博精密儀器股份有限公司 姜冠祥

一、中國視光學產業發展概述

人獲取信息的82%的途徑來自于視覺，眼睛作為人類獲取信息最重要的器官，其健康與否受到所有民眾的極度重視，根據WHO（世界衛生組織）的報告，眼屈光參差已成為全球第二大致殘疾病，視光學是研究人眼屈光的主要學科，其研究內容涵蓋眼科光學、眼科病理學、光學等多個學科，是目前全球發展最為迅速、研究最為活躍的學科領域。

眼鏡是視光學研究領域中最易為民眾所接觸的產品，眼鏡產業也常被作為視光學領域的部分縮影為人們所關注。中國目前戴眼鏡的人群超過4億人，據中華醫學會的統計結果顯示，中國屈光參差人群超過8億人；目前中國眼鏡產業年產值500億元，國內中型以上眼鏡店超過45000家，就潛在用戶群和消費基數而言，中國毫無疑問是全球第一的“眼鏡大國”，但就技術而言，中國截至目前仍在扮演著“技術追隨者”的角色。在鏡片設計和加工技術、鏡架設計和加工技術以及材料技術領域，中國與美、歐、日尚存在一定的差距——中國眼鏡產業的58%產值來自于出口代工；而在攸關眼鏡和驗光質量的檢測設備領域，中國更是差距明顯，目前中國生產的眼鏡檢測設備和驗光設備基本是模擬日本上一代產品生產的，且從量值準確性和設備穩定性角度上比較，與日本上一代產品仍存在一定的差距。

二、自由曲面檢測設備的技術和市場發展趨勢

隨著人口老齡化社會的到來以及現實工作中人眼視遠、視近綜合需求的不斷增加，可同時滿足視近、視遠需求的自由曲面鏡片（俗稱為漸進多焦點鏡片，但實質上漸進多焦點鏡片只是自由曲面鏡片的一種）開始廣泛應用，目前在歐美市場，自由曲面鏡片的市場占有率已經接近50%，中國自由曲面鏡片的市場也在以每年30%以上的速度快速增長；隨著市場的不斷拓展，如何有效檢測自由曲面鏡片已成為整個視光學領域乃至眼鏡產業界最大的課題之一。

由于自由曲面鏡片的屈光度在整個表面范圍內都不相同，且其面形是一種非軸對稱的回轉面，因此僅測量少數的點或母線對于評價漸進多焦點鏡片的整個面形是遠遠不夠的，必須測得整個面的面形分布，得到各個點的頂焦度參數。中國目前最為廣泛使用的眼鏡檢測設備是焦度計，焦度計通常由光學系統、精密機械、光電檢測器件（通常為CCD 傳感器）及電器控制等部分組成，涉及光、機、電等方面的知識，焦度計用單點測量法，它在鏡片的主光軸附近對稱選取4個光點，用面陣圖像傳感器，采集4個光點的圖像，根據4個光點的位置計算出鏡片的頂焦度參數。單點測量法能精確給出各點信息，但它只能實時測出鏡片的一個小區域中心的屈光度分布信息，不能給出整個面的屈光度分布信息，對于檢測自由曲面鏡片具有較大的局限性。

隨著自由曲面鏡片在市場的快速普及，中國作為全球眼鏡最大的代工廠和最大的潛在消費市場，鏡片生產商開始大量引進進口自由曲面加工設備，眼鏡零售商開始大規模推廣自由曲面鏡片，整個眼鏡行業開始啟動自由曲面鏡片的定制服務，但是橫亙在整個產業的問題——自由曲面鏡片檢測問題卻始終沒有得到有效的解決。目前僅有以色列生產的FFV、VM-2500能夠對自由曲面鏡片進行測量，但是FFV是基于泰伯效應的摩爾條紋干涉法進行測量，但是干涉法對于環境，特別是震動要求極高。因此，很難將其用于鏡片生產車間以及普通眼鏡門店，而VM-2500盡管使用哈特曼原理，但是由于其內部設計以及其只能對毛坯鏡進行檢測的問題而導致上述兩款設備很難有效滿足生產需求，且兩款設備的售價都接近3萬美元，這對一個毛利率僅10%的中國眼鏡產業而言無疑是造價過高。所以，目前這兩款產品在中國受眾度極低。如何能夠研制并生產出符合中國國情、滿足中國市場需要的自由曲面檢測設備成為中國眼鏡產業快速發展的一大瓶頸。

三、自由曲面光焦度檢測儀的產業化之路

中國科學院光電技術研究所（以下簡稱中科院光電所）是中國光學領域技術最為尖端的研究院所，早在1997年，就已經研制成功了基于微棱鏡陣列夏克－哈特曼傳感器的人眼像差和角膜面形測量系統（相較于測量不會變化的眼鏡鏡片而言，測量不斷活動的人眼更為困難），但是由于缺乏有效的產業化經驗，致使這一領先歐美的先進檢測技術始終未能推向市場。中國標準化研究院作為國家質檢總局直屬的四大研究院所之一，承擔著推進中國標準化和產業化的大量工作。

2010年11月，產、學兩大領域的上述兩個院所基于中國眼鏡產業在自由曲面鏡片技術上所遇到的重大瓶頸開始了第一次合作——在對光電所的基于微棱鏡陣列夏克－哈特曼傳感器技術有效性進行了論證后，雙方決定以市場化的手段，通過“產學研”的合作模式將這一技術產業化，在有效解決自由曲面鏡片檢測問題的基礎上，扶植一個能夠與日、歐檢測設備廠商相抗衡的、具有民族自主品牌的中國企業，改變中國眼鏡檢測設備領域日歐產品壟斷的局面，改變中國眼鏡產業“技術跟隨者”的角色。

上海雄博精密儀器股份有限公司（以下簡稱上海雄博）是中國最大的視光學儀器生產企業，在具有國內最大的產品銷售網絡的同時還具備較強的研發能力。作為國內視光學儀器生產領域的領軍企業，上海雄博一直希望能夠通過產學研的合作改變中國視光學檢測設備企業“技術跟隨者”的角色。

2011年3月，3個具有共同目標的、代表著“產學研”不同領域的機構坐在了一起。經過4個月的磋商和可行性論證，2011年8月，三方簽署了責權利明確的合作協議，在實現自由曲面光焦度檢測儀的目標下，三方基于自身優勢做出了各自的分工。

中科院光電所利用其在開發自由曲面光焦度檢測儀所必需的哈特曼技術，負責實驗室裝置的研制，同時利用其在計算機軟硬件和圖像分析理論的優勢，完成自由曲面光焦度檢測儀的軟件研發。

中國標準化研究院利用其在視光學產業內的信息化優勢、以及對儀器溯源、設備可靠性、產品質量控制、標準化以及相關質檢領域優勢為儀器研發提供與市場需求相符合的、滿足檢測產品溯源和質檢要求的技術解決方案，并利用其在標準化、檢測以及認證領域的資源優勢為中國自主知識產權的產品推廣提供有效的平臺資源。

上海雄博利用其已具備的成熟的產品設計和生產能力，以及在銷售和服務方面的經驗和實力，負責儀器的商業化生產和銷售。

產學研三方通過明確的分工，緊密的配合，僅用了不到3個月的時間，合作研究的第一臺具有中國自主知識產權、具有國際領先技術水平的自由曲面光焦度檢測儀樣機于2011年11月問世。在經過各類后期可靠性測試以及客戶體驗后，2012年2月，自由曲面光焦度檢測儀亮相上海國際眼鏡展，亮相伊始，自由曲面光焦度檢測儀就引起了國內外各大廠商的競相關注，由于其技術優于以色列產品，價格卻比以色列的產品低70%，另外在精確測量各類眼鏡毛坯鏡片的同時還能精確測量各類眼鏡成鏡，備受關注。應各企業的要求，中國眼鏡協會專門安排了一場技術報告，詳細介紹了這款中國自主技術研發的、具備國際領先水平的、能夠有效解決自由曲面鏡片檢測問題的設備。

截止2012年9月，自由曲面光焦度檢測儀已銷售300余臺，獲得海外訂單270余份，申請專利3項，發表論文3篇（EI檢索），經過國內多家權威檢測機構的試用以及上海市科委的技術鑒定，該產品國際領先、國內首創，從測量范圍、測量精度、響應時間等多方面較歐美同類產品具有一定的比較技術優勢。

四、視光學領域產業化的思考

通過自由曲面光焦度檢測儀的產業化過程，可以看到，針對類似于視光學領域的產業——產業內企業多為中小企業、產業總體產值和利潤率不高，但需求較大、技術發展快速、中國技術相對落后，在產業化過程中，產學研三者需要各自定位明確，通過最大化發揮自身優勢資源，才能實現產業化目標。

具體而言，在產業化初始階段，三方的角色定位應為：

研究院所——了解產業，具有對該產業市場和技術發展趨勢的信息不對稱優勢，但不掌握相關核心技術。

學術機構——具有足夠技術儲備和極強的研發能力，但技術僅停留在實驗室階段，缺乏市場信息和技術實用性信息，產業化經驗缺乏。

企業——在該領域具有一定的品牌影響力，具備較強的產品生產和產品營銷能力，有通過新技術、新產品提升企業核心競爭力的強烈訴求。

通過確定三者的明確的責權利關系，實現強強聯合的產業化合作，而在產業化工程中，三者的角色定位應為：

研究院所——利用其專業技術幫助學術機構完成能夠有效滿足市場需求、技術具備一定前瞻性、產品質量能夠得到有效保障的、價格能為市場所接受的技術解決方案，并利用其平臺資源為項目的實施和產品的后續推廣提供有效的助力。

學術機構——利用其所掌握的核心技術，在研究機構和企業的指導下改進其技術方案，完成滿足市場化需求的產品研發，并通過與研究院所的合作確定該技術的技術發展趨勢，為產品的升級開展后續研發工作，解決產業化過程中產品所出現的技術問題。

企業——利用其豐富的生產經驗完成產品的產業化，利用自身的營銷和渠道優勢以及研究院所的平臺幫助，拓展產品市場。最終通過優勢互補的合作模式，實現產業化目標，實現利益共享。