趙遠(yuǎn)征

國(guó)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(yuǎn)征

國(guó)家專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000

進(jìn)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(dá)到減少透鏡數(shù)量，并使透鏡的精度更好，簡(jiǎn)化重量和結(jié)構(gòu)。同時(shí)，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(duì)非球面光學(xué)透鏡的磨削與拋光加工領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行了分析，從全球、中國(guó)的專利申請(qǐng)量、申請(qǐng)人的分布、重要申請(qǐng)人等多角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，闡述了該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)，追蹤了其發(fā)展脈絡(luò)，對(duì)其技術(shù)手段和技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)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(jiǎn)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(jì)算機(jī)數(shù)控拋光、磁流變(Magnetorheological Fluids，簡(jiǎn)寫MRF)、氣囊式進(jìn)動(dòng)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(guó)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(jìn)動(dòng)研拋技術(shù)室20世紀(jì)90年代由英國(guó)倫敦光學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行拋光[1]。液體射流拋光是以磨料介質(zhì)(一種可流動(dòng)的高分子彈性混合物)，在磨粒流拋光機(jī)控制的壓力下研磨工件所需加工的表面，進(jìn)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(shí)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(guó)VOLK D公司申請(qǐng)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(gè)世紀(jì)發(fā)展中，專利申請(qǐng)量呈波折的上升趨勢(shì)，1970年前專利申請(qǐng)?zhí)幱诿妊科冢?0年代-90年代，隨著時(shí)間的發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)得到人們的重視，技術(shù)發(fā)展推進(jìn)，專利申請(qǐng)量也逐漸的在上升，分別在1980年、1989年出現(xiàn)了兩次申請(qǐng)量小高峰；進(jìn)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(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究也越來越重視，非球面透鏡的磨削專利申請(qǐng)量快速提升，2001年至今分別在2004年、2013年出現(xiàn)申請(qǐng)量高峰，并呈上升趨勢(shì)。

前蘇聯(lián)的申請(qǐng)起步較早，早在60年代既有相關(guān)專利申請(qǐng)，并且在很長(zhǎng)一段時(shí)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(qǐng)量一直居于首位，由于前蘇聯(lián)解體之后，該領(lǐng)域申請(qǐng)量?jī)?yōu)勢(shì)也隨之退出歷史舞臺(tái)；日本的專利申請(qǐng)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(qǐng)量獨(dú)占鰲頭申請(qǐng)量達(dá)到了最高峰；美國(guó)起步雖然較早，早在20世紀(jì)60年代已有相關(guān)專利申請(qǐng)，但是其發(fā)展一直比較緩慢，沒有突出的貢獻(xiàn)；而中國(guó)起步較晚，1985年華北光電技術(shù)研究所申請(qǐng)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(qǐng)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(guó)申請(qǐng)，進(jìn)入21世紀(jì)以后，申請(qǐng)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(zhǎng)一段時(shí)間，傳統(tǒng)銑磨加工為主要的加工方式，并80年代驅(qū)動(dòng)了申請(qǐng)量的高峰，進(jìn)入20世紀(jì)后申請(qǐng)量呈波折下降的趨勢(shì)，雖然在2005年左右有出現(xiàn)一次申請(qǐng)量小高峰的，這是由于中國(guó)在非球面透鏡領(lǐng)域的不斷成長(zhǎng)造成。以計(jì)算機(jī)控制的方式實(shí)現(xiàn)非球面透鏡的研磨加工為逐年遞增的方式在增長(zhǎng)，新興的研拋方法研發(fā)的同時(shí)也于計(jì)算機(jī)控制相結(jié)合也是計(jì)算機(jī)控制的研拋分支申請(qǐng)量增長(zhǎng)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(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)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(qǐng)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(qǐng)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(xiàng)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(jìn)行磨削還是在進(jìn)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(qǐng)的主要申請(qǐng)國(guó)，其經(jīng)歷了進(jìn)過砂帶拋光研磨墊拋光到氣囊拋光的發(fā)展。

3 中國(guó)國(guó)內(nèi)技術(shù)分支時(shí)間趨勢(shì)分析

雖然中國(guó)關(guān)于非球面透鏡的申請(qǐng)起步較晚，但是在進(jìn)入21世紀(jì)以來發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)主要以銑磨、計(jì)算機(jī)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(qǐng)量較多，而作為起步較晚的國(guó)家，其優(yōu)勢(shì)就在于可以直接領(lǐng)用現(xiàn)有技術(shù)中的優(yōu)勢(shì)資源及技術(shù)力量，比較有針對(duì)性地發(fā)展新興的拋光方法，因此，計(jì)算機(jī)控制拋光及磁流變拋光技術(shù)申請(qǐng)量相對(duì)更多，而對(duì)于新生的拋光技術(shù)大多都是基于計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行的，因此，計(jì)算機(jī)控制拋光申請(qǐng)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(qǐng)量比較少，總比重不到申請(qǐng)量的15%。

作為傳統(tǒng)的磨削方式，銑磨的專利申請(qǐng)?jiān)趯＠暾?qǐng)初期仍然占有一定比重，而其申請(qǐng)隨著時(shí)間流逝越來越少，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的銑磨加工方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段對(duì)非球面元件表面加工精度的要求，比較先進(jìn)的技術(shù)爭(zhēng)相成為科研院校的研究對(duì)象，磁流變拋光專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)迅速，射流拋光、離子束拋光及超聲波拋光均在進(jìn)入2011年開始嶄露頭角。上述分析表明，雖然我國(guó)非球面磨削技術(shù)研究起步較晚，但是我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展能夠抓住技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)，在先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展上還是跟上了時(shí)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(shí)力雄厚，不可小覷，同時(shí)日本的技術(shù)保護(hù)意識(shí)也比較強(qiáng)，同時(shí)會(huì)在多個(gè)國(guó)家就相同的主題進(jìn)行申請(qǐng)專利；其次是前蘇聯(lián)的申請(qǐng)，在其他國(guó)家在該領(lǐng)域還是空白的時(shí)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(shì)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(xiàn)。

隨著時(shí)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?cè)絹碓蕉嗟爻ＷR(shí)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(qǐng)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(guó)最為后起之秀，緊追時(shí)代的步伐，并未在傳統(tǒng)的研磨拋光手段上浪費(fèi)太多的時(shí)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(jìn)入21世紀(jì)后為全球?qū)＠暾?qǐng)做出了巨大貢獻(xiàn)。

[1]崔繼峰.光學(xué)零件表面輪廓干涉測(cè)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(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009.

TG7

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1674-6708（2015）143-0127-01