視光學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研合作初探——以自由曲面光焦度測(cè)量?jī)x產(chǎn)業(yè)化為例

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院 蔡建奇

中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所 史國(guó)華

上海雄博精密儀器股份有限公司 姜冠祥

一、中國(guó)視光學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述

人獲取信息的82%的途徑來(lái)自于視覺(jué)，眼睛作為人類(lèi)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(jù)WHO（世界衛(wèi)生組織）的報(bào)告，眼屈光參差已成為全球第二大致殘疾病，視光學(xué)是研究人眼屈光的主要學(xué)科，其研究?jī)?nèi)容涵蓋眼科光學(xué)、眼科病理學(xué)、光學(xué)等多個(gè)學(xué)科，是目前全球發(fā)展最為迅速、研究最為活躍的學(xué)科領(lǐng)域。

眼鏡是視光學(xué)研究領(lǐng)域中最易為民眾所接觸的產(chǎn)品，眼鏡產(chǎn)業(yè)也常被作為視光學(xué)領(lǐng)域的部分縮影為人們所關(guān)注。中國(guó)目前戴眼鏡的人群超過(guò)4億人，據(jù)中華醫(yī)學(xué)會(huì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，中國(guó)屈光參差人群超過(guò)8億人；目前中國(guó)眼鏡產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值500億元，國(guó)內(nèi)中型以上眼鏡店超過(guò)45000家，就潛在用戶(hù)群和消費(fèi)基數(shù)而言，中國(guó)毫無(wú)疑問(wèn)是全球第一的“眼鏡大國(guó)”，但就技術(shù)而言，中國(guó)截至目前仍在扮演著“技術(shù)追隨者”的角色。在鏡片設(shè)計(jì)和加工技術(shù)、鏡架設(shè)計(jì)和加工技術(shù)以及材料技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)與美、歐、日尚存在一定的差距——中國(guó)眼鏡產(chǎn)業(yè)的58%產(chǎn)值來(lái)自于出口代工；而在攸關(guān)眼鏡和驗(yàn)光質(zhì)量的檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，中國(guó)更是差距明顯，目前中國(guó)生產(chǎn)的眼鏡檢測(cè)設(shè)備和驗(yàn)光設(shè)備基本是模擬日本上一代產(chǎn)品生產(chǎn)的，且從量值準(zhǔn)確性和設(shè)備穩(wěn)定性角度上比較，與日本上一代產(chǎn)品仍存在一定的差距。

二、自由曲面檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

隨著人口老齡化社會(huì)的到來(lái)以及現(xiàn)實(shí)工作中人眼視遠(yuǎn)、視近綜合需求的不斷增加，可同時(shí)滿(mǎn)足視近、視遠(yuǎn)需求的自由曲面鏡片（俗稱(chēng)為漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片，但實(shí)質(zhì)上漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片只是自由曲面鏡片的一種）開(kāi)始廣泛應(yīng)用，目前在歐美市場(chǎng)，自由曲面鏡片的市場(chǎng)占有率已經(jīng)接近50%，中國(guó)自由曲面鏡片的市場(chǎng)也在以每年30%以上的速度快速增長(zhǎng)；隨著市場(chǎng)的不斷拓展，如何有效檢測(cè)自由曲面鏡片已成為整個(gè)視光學(xué)領(lǐng)域乃至眼鏡產(chǎn)業(yè)界最大的課題之一。

由于自由曲面鏡片的屈光度在整個(gè)表面范圍內(nèi)都不相同，且其面形是一種非軸對(duì)稱(chēng)的回轉(zhuǎn)面，因此僅測(cè)量少數(shù)的點(diǎn)或母線對(duì)于評(píng)價(jià)漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的整個(gè)面形是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須測(cè)得整個(gè)面的面形分布，得到各個(gè)點(diǎn)的頂焦度參數(shù)。中國(guó)目前最為廣泛使用的眼鏡檢測(cè)設(shè)備是焦度計(jì)，焦度計(jì)通常由光學(xué)系統(tǒng)、精密機(jī)械、光電檢測(cè)器件（通常為CCD 傳感器）及電器控制等部分組成，涉及光、機(jī)、電等方面的知識(shí)，焦度計(jì)用單點(diǎn)測(cè)量法，它在鏡片的主光軸附近對(duì)稱(chēng)選取4個(gè)光點(diǎn)，用面陣圖像傳感器，采集4個(gè)光點(diǎn)的圖像，根據(jù)4個(gè)光點(diǎn)的位置計(jì)算出鏡片的頂焦度參數(shù)。單點(diǎn)測(cè)量法能精確給出各點(diǎn)信息，但它只能實(shí)時(shí)測(cè)出鏡片的一個(gè)小區(qū)域中心的屈光度分布信息，不能給出整個(gè)面的屈光度分布信息，對(duì)于檢測(cè)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(chǎng)的快速普及，中國(guó)作為全球眼鏡最大的代工廠和最大的潛在消費(fèi)市場(chǎng)，鏡片生產(chǎn)商開(kāi)始大量引進(jìn)進(jìn)口自由曲面加工設(shè)備，眼鏡零售商開(kāi)始大規(guī)模推廣自由曲面鏡片，整個(gè)眼鏡行業(yè)開(kāi)始啟動(dòng)自由曲面鏡片的定制服務(wù)，但是橫亙?cè)谡麄€(gè)產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題——自由曲面鏡片檢測(cè)問(wèn)題卻始終沒(méi)有得到有效的解決。目前僅有以色列生產(chǎn)的FFV、VM-2500能夠?qū)ψ杂汕骁R片進(jìn)行測(cè)量，但是FFV是基于泰伯效應(yīng)的摩爾條紋干涉法進(jìn)行測(cè)量，但是干涉法對(duì)于環(huán)境，特別是震動(dòng)要求極高。因此，很難將其用于鏡片生產(chǎn)車(chē)間以及普通眼鏡門(mén)店，而VM-2500盡管使用哈特曼原理，但是由于其內(nèi)部設(shè)計(jì)以及其只能對(duì)毛坯鏡進(jìn)行檢測(cè)的問(wèn)題而導(dǎo)致上述兩款設(shè)備很難有效滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，且兩款設(shè)備的售價(jià)都接近3萬(wàn)美元，這對(duì)一個(gè)毛利率僅10%的中國(guó)眼鏡產(chǎn)業(yè)而言無(wú)疑是造價(jià)過(guò)高。所以，目前這兩款產(chǎn)品在中國(guó)受眾度極低。如何能夠研制并生產(chǎn)出符合中國(guó)國(guó)情、滿(mǎn)足中國(guó)市場(chǎng)需要的自由曲面檢測(cè)設(shè)備成為中國(guó)眼鏡產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一大瓶頸。

三、自由曲面光焦度檢測(cè)儀的產(chǎn)業(yè)化之路

中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中科院光電所）是中國(guó)光學(xué)領(lǐng)域技術(shù)最為尖端的研究院所，早在1997年，就已經(jīng)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(cè)量系統(tǒng)（相較于測(cè)量不會(huì)變化的眼鏡鏡片而言，測(cè)量不斷活動(dòng)的人眼更為困難），但是由于缺乏有效的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，致使這一領(lǐng)先歐美的先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)始終未能推向市場(chǎng)。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院作為國(guó)家質(zhì)檢總局直屬的四大研究院所之一，承擔(dān)著推進(jìn)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化的大量工作。

2010年11月，產(chǎn)、學(xué)兩大領(lǐng)域的上述兩個(gè)院所基于中國(guó)眼鏡產(chǎn)業(yè)在自由曲面鏡片技術(shù)上所遇到的重大瓶頸開(kāi)始了第一次合作——在對(duì)光電所的基于微棱鏡陣列夏克－哈特曼傳感器技術(shù)有效性進(jìn)行了論證后，雙方?jīng)Q定以市場(chǎng)化的手段，通過(guò)“產(chǎn)學(xué)研”的合作模式將這一技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，在有效解決自由曲面鏡片檢測(cè)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，扶植一個(gè)能夠與日、歐檢測(cè)設(shè)備廠商相抗衡的、具有民族自主品牌的中國(guó)企業(yè)，改變中國(guó)眼鏡檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域日歐產(chǎn)品壟斷的局面，改變中國(guó)眼鏡產(chǎn)業(yè)“技術(shù)跟隨者”的角色。

上海雄博精密儀器股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海雄博）是中國(guó)最大的視光學(xué)儀器生產(chǎn)企業(yè)，在具有國(guó)內(nèi)最大的產(chǎn)品銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)還具備較強(qiáng)的研發(fā)能力。作為國(guó)內(nèi)視光學(xué)儀器生產(chǎn)領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，上海雄博一直希望能夠通過(guò)產(chǎn)學(xué)研的合作改變中國(guó)視光學(xué)檢測(cè)設(shè)備企業(yè)“技術(shù)跟隨者”的角色。

2011年3月，3個(gè)具有共同目標(biāo)的、代表著“產(chǎn)學(xué)研”不同領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)坐在了一起。經(jīng)過(guò)4個(gè)月的磋商和可行性論證，2011年8月，三方簽署了責(zé)權(quán)利明確的合作協(xié)議，在實(shí)現(xiàn)自由曲面光焦度檢測(cè)儀的目標(biāo)下，三方基于自身優(yōu)勢(shì)做出了各自的分工。

中科院光電所利用其在開(kāi)發(fā)自由曲面光焦度檢測(cè)儀所必需的哈特曼技術(shù)，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室裝置的研制，同時(shí)利用其在計(jì)算機(jī)軟硬件和圖像分析理論的優(yōu)勢(shì)，完成自由曲面光焦度檢測(cè)儀的軟件研發(fā)。

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院利用其在視光學(xué)產(chǎn)業(yè)內(nèi)的信息化優(yōu)勢(shì)、以及對(duì)儀器溯源、設(shè)備可靠性、產(chǎn)品質(zhì)量控制、標(biāo)準(zhǔn)化以及相關(guān)質(zhì)檢領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)為儀器研發(fā)提供與市場(chǎng)需求相符合的、滿(mǎn)足檢測(cè)產(chǎn)品溯源和質(zhì)檢要求的技術(shù)解決方案，并利用其在標(biāo)準(zhǔn)化、檢測(cè)以及認(rèn)證領(lǐng)域的資源優(yōu)勢(shì)為中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品推廣提供有效的平臺(tái)資源。

上海雄博利用其已具備的成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力，以及在銷(xiāo)售和服務(wù)方面的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)力，負(fù)責(zé)儀器的商業(yè)化生產(chǎn)和銷(xiāo)售。

產(chǎn)學(xué)研三方通過(guò)明確的分工，緊密的配合，僅用了不到3個(gè)月的時(shí)間，合作研究的第一臺(tái)具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)水平的自由曲面光焦度檢測(cè)儀樣機(jī)于2011年11月問(wèn)世。在經(jīng)過(guò)各類(lèi)后期可靠性測(cè)試以及客戶(hù)體驗(yàn)后，2012年2月，自由曲面光焦度檢測(cè)儀亮相上海國(guó)際眼鏡展，亮相伊始，自由曲面光焦度檢測(cè)儀就引起了國(guó)內(nèi)外各大廠商的競(jìng)相關(guān)注，由于其技術(shù)優(yōu)于以色列產(chǎn)品，價(jià)格卻比以色列的產(chǎn)品低70%，另外在精確測(cè)量各類(lèi)眼鏡毛坯鏡片的同時(shí)還能精確測(cè)量各類(lèi)眼鏡成鏡，備受關(guān)注。應(yīng)各企業(yè)的要求，中國(guó)眼鏡協(xié)會(huì)專(zhuān)門(mén)安排了一場(chǎng)技術(shù)報(bào)告，詳細(xì)介紹了這款中國(guó)自主技術(shù)研發(fā)的、具備國(guó)際領(lǐng)先水平的、能夠有效解決自由曲面鏡片檢測(cè)問(wèn)題的設(shè)備。

截止2012年9月，自由曲面光焦度檢測(cè)儀已銷(xiāo)售300余臺(tái)，獲得海外訂單270余份，申請(qǐng)專(zhuān)利3項(xiàng)，發(fā)表論文3篇（EI檢索），經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)多家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)的試用以及上海市科委的技術(shù)鑒定，該產(chǎn)品國(guó)際領(lǐng)先、國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，從測(cè)量范圍、測(cè)量精度、響應(yīng)時(shí)間等多方面較歐美同類(lèi)產(chǎn)品具有一定的比較技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

四、視光學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化的思考

通過(guò)自由曲面光焦度檢測(cè)儀的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程，可以看到，針對(duì)類(lèi)似于視光學(xué)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)——產(chǎn)業(yè)內(nèi)企業(yè)多為中小企業(yè)、產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值和利潤(rùn)率不高，但需求較大、技術(shù)發(fā)展快速、中國(guó)技術(shù)相對(duì)落后，在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，產(chǎn)學(xué)研三者需要各自定位明確，通過(guò)最大化發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)資源，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。

具體而言，在產(chǎn)業(yè)化初始階段，三方的角色定位應(yīng)為：

研究院所——了解產(chǎn)業(yè)，具有對(duì)該產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的信息不對(duì)稱(chēng)優(yōu)勢(shì)，但不掌握相關(guān)核心技術(shù)。

學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)——具有足夠技術(shù)儲(chǔ)備和極強(qiáng)的研發(fā)能力，但技術(shù)僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段，缺乏市場(chǎng)信息和技術(shù)實(shí)用性信息，產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)缺乏。

企業(yè)——在該領(lǐng)域具有一定的品牌影響力，具備較強(qiáng)的產(chǎn)品生產(chǎn)和產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)能力，有通過(guò)新技術(shù)、新產(chǎn)品提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的強(qiáng)烈訴求。

通過(guò)確定三者的明確的責(zé)權(quán)利關(guān)系，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的產(chǎn)業(yè)化合作，而在產(chǎn)業(yè)化工程中，三者的角色定位應(yīng)為：

研究院所——利用其專(zhuān)業(yè)技術(shù)幫助學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)完成能夠有效滿(mǎn)足市場(chǎng)需求、技術(shù)具備一定前瞻性、產(chǎn)品質(zhì)量能夠得到有效保障的、價(jià)格能為市場(chǎng)所接受的技術(shù)解決方案，并利用其平臺(tái)資源為項(xiàng)目的實(shí)施和產(chǎn)品的后續(xù)推廣提供有效的助力。

學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)——利用其所掌握的核心技術(shù)，在研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的指導(dǎo)下改進(jìn)其技術(shù)方案，完成滿(mǎn)足市場(chǎng)化需求的產(chǎn)品研發(fā)，并通過(guò)與研究院所的合作確定該技術(shù)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，為產(chǎn)品的升級(jí)開(kāi)展后續(xù)研發(fā)工作，解決產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中產(chǎn)品所出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題。

企業(yè)——利用其豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)完成產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，利用自身的營(yíng)銷(xiāo)和渠道優(yōu)勢(shì)以及研究院所的平臺(tái)幫助，拓展產(chǎn)品市場(chǎng)。最終通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的合作模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)利益共享。