非球面透鏡磨削加工專利技術分析

趙遠征

國家專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇蘇州 215000

非球面透鏡磨削加工專利技術分析

趙遠征

國家專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇蘇州 215000

進入21世紀以來，由于非球面透鏡滿足多片球面透鏡矯正像不佳的效果，并且能夠提高成像品質，滿足系統鑒別能力的需求，從而達到減少透鏡數量，并使透鏡的精度更好，簡化重量和結構。同時，非球面透鏡應用領域廣泛，例如軍事、航空航天、光通訊和激光應用等領域以及人體學、醫療、流體學等民用領域。本文對非球面光學透鏡的磨削與拋光加工領域的專利申請進行了分析，從全球、中國的專利申請量、申請人的分布、重要申請人等多角度進行統計和分析，闡述了該領域的專利申請發展趨勢，追蹤了其發展脈絡，對其技術手段和技術發展方向進行了分析梳理。

非球面；透鏡；銑磨；拋光

1 非球面透鏡磨削與拋光技術簡介

非球面透鏡加工技術，主要包括一下幾方面：銑磨加工、計算機數控拋光、磁流變(Magnetorheological Fluids，簡寫MRF)、氣囊式進動研拋、液體射流(Fluid jet polishing FJP)拋光、離子束修形(Ion beam figuring)IBF) 。磁流變拋光技術是20世紀90年代美國由KORDONSKY等提出的利用磁流變效應開發出來的光學表面拋光加工技術。氣囊式進動研拋技術室20世紀90年代由英國倫敦光學實驗室提出，該技術用特殊的沖入低壓氣體的球形氣囊，氣囊外勃貼拋光模(如聚氨酷拋光墊、拋光布)代替研磨盤進行拋光[1]。液體射流拋光是以磨料介質(一種可流動的高分子彈性混合物)，在磨粒流拋光機控制的壓力下研磨工件所需加工的表面，進行去毛刺、除飛邊、磨圓角等工作馬以降低工件表面的波紋度和粗糙度。離子束修形技術是通過高能離子在真空條件下轟擊工件實現材料去除[2]。

2 全球非球面透鏡磨削專利狀況分析

1967年，德國VOLK D公司申請了第一篇關于非球面透鏡的磨削技術，在接下來的半個世紀發展中，專利申請量呈波折的上升趨勢，1970年前專利申請處于萌芽期，70年代-90年代，隨著時間的發展，該項技術得到人們的重視，技術發展推進，專利申請量也逐漸的在上升，分別在1980年、1989年出現了兩次申請量小高峰；進入新世紀以來，隨著非球面透鏡在航空航天、軍事等領域的應用，各國對該項技術的研究也越來越重視，非球面透鏡的磨削專利申請量快速提升，2001年至今分別在2004年、2013年出現申請量高峰，并呈上升趨勢。

前蘇聯的申請起步較早，早在60年代既有相關專利申請，并且在很長一段時間，特別是20世紀70年代至80年代末，前蘇聯在該方面的研究及專利申請量一直居于首位，由于前蘇聯解體之后，該領域申請量優勢也隨之退出歷史舞臺；日本的專利申請起步于70年代，在20世紀90年代初開始嶄露頭角，并迅速發展，到90年代末，日本的申請量獨占鰲頭申請量達到了最高峰；美國起步雖然較早，早在20世紀60年代已有相關專利申請，但是其發展一直比較緩慢，沒有突出的貢獻；而中國起步較晚，1985年華北光電技術研究所申請了首篇關于非球面透鏡磨削的專利：“凹凸性拋物面加工裝置”后，該領域申請一直處于空白裝填，直至1998年才再其次出現本土關于本國申請，進入21世紀以后，申請量突飛猛漲，這是由于越來越多的研究所院校在該領域深入研究。

在非球面透鏡磨削的發展的初始階段及以后的很長一段時間，傳統銑磨加工為主要的加工方式，并80年代驅動了申請量的高峰，進入20世紀后申請量呈波折下降的趨勢，雖然在2005年左右有出現一次申請量小高峰的，這是由于中國在非球面透鏡領域的不斷成長造成。以計算機控制的方式實現非球面透鏡的研磨加工為逐年遞增的方式在增長，新興的研拋方法研發的同時也于計算機控制相結合也是計算機控制的研拋分支申請量增長的主要原因。磁流變拋光技術在上世紀90年代到21世紀初并未獲得很好的發展，近年來，隨著各國經濟實力的增加，光學元件的應用領域越來越廣其加工精度要求也越來越高，磁流變拋光技術開始快速發展，申請量快速增加。而均為新興的拋光形式的離子束拋光、射流拋光等，申請量較少，不再作詳盡說明。雖然在上世紀70年代就已經出現了柔性拋光，然而在90年代該項技術幾乎處于空白地位，其真正得以發展特別是采用氣囊的形式進行磨削還是在進入21世紀以后。在上世紀90年代初日本為柔性拋光頭申請的主要申請國，其經歷了進過砂帶拋光研磨墊拋光到氣囊拋光的發展。

3 中國國內技術分支時間趨勢分析

雖然中國關于非球面透鏡的申請起步較晚，但是在進入21世紀以來發展迅速，國內申請主要以銑磨、計算機控制及磁流變拋光技術為主，由于銑磨是光學元件磨削中應用比較廣泛的一種磨削方法，申請量較多，而作為起步較晚的國家，其優勢就在于可以直接領用現有技術中的優勢資源及技術力量，比較有針對性地發展新興的拋光方法，因此，計算機控制拋光及磁流變拋光技術申請量相對更多，而對于新生的拋光技術大多都是基于計算機控制進行的，因此，計算機控制拋光申請量最多；而主題如射流拋光、離子束拋光及氣囊拋光現階段還處于發展的初期階段，申請量比較少，總比重不到申請量的15%。

作為傳統的磨削方式，銑磨的專利申請在專利申請初期仍然占有一定比重，而其申請隨著時間流逝越來越少，因為傳統的銑磨加工方式已經不能滿足現階段對非球面元件表面加工精度的要求，比較先進的技術爭相成為科研院校的研究對象，磁流變拋光專利申請量增長迅速，射流拋光、離子束拋光及超聲波拋光均在進入2011年開始嶄露頭角。上述分析表明，雖然我國非球面磨削技術研究起步較晚，但是我國該項技術的發展能夠抓住技術發展重點，在先進技術的發展上還是跟上了時代的潮流。

4 結論

在非球面透鏡領域中，日本在非球面透鏡的磨削領域中實力雄厚，不可小覷，同時日本的技術保護意識也比較強，同時會在多個國家就相同的主題進行申請專利；其次是前蘇聯的申請，在其他國家在該領域還是空白的時候，前蘇聯在該領域綻放異彩，雖然隨著前蘇聯解體，該領域的領頭勢力也隨之消逝，但是不可忽視的是前蘇聯曾在非球面透鏡磨削領域做出不可磨滅的貢獻。

隨著時間的發展，傳統的研磨拋光技術不再能夠滿足現代階段非球面透鏡表面加工精度的要求，為此人們越來越多地常識新興的拋光手段，如射流拋光，離子束拋光，磁流變拋光等技術，雖然這部分技術的申請量還不多，但是從上述分析上可以看出這些新興的拋光技術將是未來非球面加工的主要技術。中國最為后起之秀，緊追時代的步伐，并未在傳統的研磨拋光手段上浪費太多的時間，而是抓住了技術發展的主要潮流，主要研究新興的拋光技術，進入21世紀后為全球專利申請做出了巨大貢獻。

[1]崔繼峰.光學零件表面輪廓干涉測量方法研究[D].哈爾濱工業大學，2009.

[2]解旭輝.光學鏡面離子束拋光系統工藝參數研究[D].國防科學技術大學，2009.

TG7

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1674-6708（2015）143-0127-01