非球面透鏡磨削加工專利技術(shù)分析

趙遠征

國家專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000

非球面透鏡磨削加工專利技術(shù)分析

趙遠征

國家專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000

進入21世紀(jì)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(zhì)，滿足系統(tǒng)鑒別能力的需求，從而達到減少透鏡數(shù)量，并使透鏡的精度更好，簡化重量和結(jié)構(gòu)。同時，非球面透鏡應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，例如軍事、航空航天、光通訊和激光應(yīng)用等領(lǐng)域以及人體學(xué)、醫(yī)療、流體學(xué)等民用領(lǐng)域。本文對非球面光學(xué)透鏡的磨削與拋光加工領(lǐng)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(tǒng)計和分析，闡述了該領(lǐng)域的專利申請發(fā)展趨勢，追蹤了其發(fā)展脈絡(luò)，對其技術(shù)手段和技術(shù)發(fā)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(shù)簡介

非球面透鏡加工技術(shù)，主要包括一下幾方面：銑磨加工、計算機數(shù)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(shù)是20世紀(jì)90年代美國由KORDONSKY等提出的利用磁流變效應(yīng)開發(fā)出來的光學(xué)表面拋光加工技術(shù)。氣囊式進動研拋技術(shù)室20世紀(jì)90年代由英國倫敦光學(xué)實驗室提出，該技術(shù)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(zhì)(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(shù)是通過高能離子在真空條件下轟擊工件實現(xiàn)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(guān)于非球面透鏡的磨削技術(shù)，在接下來的半個世紀(jì)發(fā)展中，專利申請量呈波折的上升趨勢，1970年前專利申請?zhí)幱诿妊科冢?0年代-90年代，隨著時間的發(fā)展，該項技術(shù)得到人們的重視，技術(shù)發(fā)展推進，專利申請量也逐漸的在上升，分別在1980年、1989年出現(xiàn)了兩次申請量小高峰；進入新世紀(jì)以來，隨著非球面透鏡在航空航天、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用，各國對該項技術(shù)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(xiàn)申請量高峰，并呈上升趨勢。

前蘇聯(lián)的申請起步較早，早在60年代既有相關(guān)專利申請，并且在很長一段時間，特別是20世紀(jì)70年代至80年代末，前蘇聯(lián)在該方面的研究及專利申請量一直居于首位，由于前蘇聯(lián)解體之后，該領(lǐng)域申請量優(yōu)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(jì)90年代初開始嶄露頭角，并迅速發(fā)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(jì)60年代已有相關(guān)專利申請，但是其發(fā)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(shù)研究所申請了首篇關(guān)于非球面透鏡磨削的專利：“凹凸性拋物面加工裝置”后，該領(lǐng)域申請一直處于空白裝填，直至1998年才再其次出現(xiàn)本土關(guān)于本國申請，進入21世紀(jì)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(lǐng)域深入研究。

在非球面透鏡磨削的發(fā)展的初始階段及以后的很長一段時間，傳統(tǒng)銑磨加工為主要的加工方式，并80年代驅(qū)動了申請量的高峰，進入20世紀(jì)后申請量呈波折下降的趨勢，雖然在2005年左右有出現(xiàn)一次申請量小高峰的，這是由于中國在非球面透鏡領(lǐng)域的不斷成長造成。以計算機控制的方式實現(xiàn)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(fā)的同時也于計算機控制相結(jié)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(shù)在上世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初并未獲得很好的發(fā)展，近年來，隨著各國經(jīng)濟實力的增加，光學(xué)元件的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣其加工精度要求也越來越高，磁流變拋光技術(shù)開始快速發(fā)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(jì)70年代就已經(jīng)出現(xiàn)了柔性拋光，然而在90年代該項技術(shù)幾乎處于空白地位，其真正得以發(fā)展特別是采用氣囊的形式進行磨削還是在進入21世紀(jì)以后。在上世紀(jì)90年代初日本為柔性拋光頭申請的主要申請國，其經(jīng)歷了進過砂帶拋光研磨墊拋光到氣囊拋光的發(fā)展。

3 中國國內(nèi)技術(shù)分支時間趨勢分析

雖然中國關(guān)于非球面透鏡的申請起步較晚，但是在進入21世紀(jì)以來發(fā)展迅速，國內(nèi)申請主要以銑磨、計算機控制及磁流變拋光技術(shù)為主，由于銑磨是光學(xué)元件磨削中應(yīng)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(yōu)勢就在于可以直接領(lǐng)用現(xiàn)有技術(shù)中的優(yōu)勢資源及技術(shù)力量，比較有針對性地發(fā)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(shù)申請量相對更多，而對于新生的拋光技術(shù)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(xiàn)階段還處于發(fā)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(tǒng)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(tǒng)的銑磨加工方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段對非球面元件表面加工精度的要求，比較先進的技術(shù)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(shù)研究起步較晚，但是我國該項技術(shù)的發(fā)展能夠抓住技術(shù)發(fā)展重點，在先進技術(shù)的發(fā)展上還是跟上了時代的潮流。

4 結(jié)論

在非球面透鏡領(lǐng)域中，日本在非球面透鏡的磨削領(lǐng)域中實力雄厚，不可小覷，同時日本的技術(shù)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(lián)的申請，在其他國家在該領(lǐng)域還是空白的時候，前蘇聯(lián)在該領(lǐng)域綻放異彩，雖然隨著前蘇聯(lián)解體，該領(lǐng)域的領(lǐng)頭勢力也隨之消逝，但是不可忽視的是前蘇聯(lián)曾在非球面透鏡磨削領(lǐng)域做出不可磨滅的貢獻。

隨著時間的發(fā)展，傳統(tǒng)的研磨拋光技術(shù)不再能夠滿足現(xiàn)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(shù)，雖然這部分技術(shù)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(shù)將是未來非球面加工的主要技術(shù)。中國最為后起之秀，緊追時代的步伐，并未在傳統(tǒng)的研磨拋光手段上浪費太多的時間，而是抓住了技術(shù)發(fā)展的主要潮流，主要研究新興的拋光技術(shù)，進入21世紀(jì)后為全球?qū)＠暾堊龀隽司薮筘暙I。

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

[2]解旭輝.光學(xué)鏡面離子束拋光系統(tǒng)工藝參數(shù)研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009.

TG7

A

1674-6708（2015）143-0127-01