非球面透镜磨削加工专利技术分析

赵远征

国家专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州 215000

非球面透镜磨削加工专利技术分析

赵远征

国家专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州 215000

进入21世纪以来，由于非球面透镜满足多片球面透镜矫正像不佳的效果，并且能够提高成像品质，满足系统鉴别能力的需求，从而达到减少透镜数量，并使透镜的精度更好，简化重量和结构。同时，非球面透镜应用领域广泛，例如军事、航空航天、光通讯和激光应用等领域以及人体学、医疗、流体学等民用领域。本文对非球面光学透镜的磨削与抛光加工领域的专利申请进行了分析，从全球、中国的专利申请量、申请人的分布、重要申请人等多角度进行统计和分析，阐述了该领域的专利申请发展趋势，追踪了其发展脉络，对其技术手段和技术发展方向进行了分析梳理。

非球面；透镜；铣磨；抛光

1 非球面透镜磨削与抛光技术简介

非球面透镜加工技术，主要包括一下几方面：铣磨加工、计算机数控抛光、磁流变(Magnetorheological Fluids，简写MRF)、气囊式进动研抛、液体射流(Fluid jet polishing FJP)抛光、离子束修形(Ion beam figuring)IBF) 。磁流变抛光技术是20世纪90年代美国由KORDONSKY等提出的利用磁流变效应开发出来的光学表面抛光加工技术。气囊式进动研抛技术室20世纪90年代由英国伦敦光学实验室提出，该技术用特殊的冲入低压气体的球形气囊，气囊外勃贴抛光模(如聚氨酷抛光垫、抛光布)代替研磨盘进行抛光[1]。液体射流抛光是以磨料介质(一种可流动的高分子弹性混合物)，在磨粒流抛光机控制的压力下研磨工件所需加工的表面，进行去毛刺、除飞边、磨圆角等工作马以降低工件表面的波纹度和粗糙度。离子束修形技术是通过高能离子在真空条件下轰击工件实现材料去除[2]。

2 全球非球面透镜磨削专利状况分析

1967年，德国VOLK D公司申请了第一篇关于非球面透镜的磨削技术，在接下来的半个世纪发展中，专利申请量呈波折的上升趋势，1970年前专利申请处于萌芽期，70年代-90年代，随着时间的发展，该项技术得到人们的重视，技术发展推进，专利申请量也逐渐的在上升，分别在1980年、1989年出现了两次申请量小高峰；进入新世纪以来，随着非球面透镜在航空航天、军事等领域的应用，各国对该项技术的研究也越来越重视，非球面透镜的磨削专利申请量快速提升，2001年至今分别在2004年、2013年出现申请量高峰，并呈上升趋势。

前苏联的申请起步较早，早在60年代既有相关专利申请，并且在很长一段时间，特别是20世纪70年代至80年代末，前苏联在该方面的研究及专利申请量一直居于首位，由于前苏联解体之后，该领域申请量优势也随之退出历史舞台；日本的专利申请起步于70年代，在20世纪90年代初开始崭露头角，并迅速发展，到90年代末，日本的申请量独占鳌头申请量达到了最高峰；美国起步虽然较早，早在20世纪60年代已有相关专利申请，但是其发展一直比较缓慢，没有突出的贡献；而中国起步较晚，1985年华北光电技术研究所申请了首篇关于非球面透镜磨削的专利：“凹凸性抛物面加工装置”后，该领域申请一直处于空白装填，直至1998年才再其次出现本土关于本国申请，进入21世纪以后，申请量突飞猛涨，这是由于越来越多的研究所院校在该领域深入研究。

在非球面透镜磨削的发展的初始阶段及以后的很长一段时间，传统铣磨加工为主要的加工方式，并80年代驱动了申请量的高峰，进入20世纪后申请量呈波折下降的趋势，虽然在2005年左右有出现一次申请量小高峰的，这是由于中国在非球面透镜领域的不断成长造成。以计算机控制的方式实现非球面透镜的研磨加工为逐年递增的方式在增长，新兴的研抛方法研发的同时也于计算机控制相结合也是计算机控制的研抛分支申请量增长的主要原因。磁流变抛光技术在上世纪90年代到21世纪初并未获得很好的发展，近年来，随着各国经济实力的增加，光学元件的应用领域越来越广其加工精度要求也越来越高，磁流变抛光技术开始快速发展，申请量快速增加。而均为新兴的抛光形式的离子束抛光、射流抛光等，申请量较少，不再作详尽说明。虽然在上世纪70年代就已经出现了柔性抛光，然而在90年代该项技术几乎处于空白地位，其真正得以发展特别是采用气囊的形式进行磨削还是在进入21世纪以后。在上世纪90年代初日本为柔性抛光头申请的主要申请国，其经历了进过砂带抛光研磨垫抛光到气囊抛光的发展。

3 中国国内技术分支时间趋势分析

虽然中国关于非球面透镜的申请起步较晚，但是在进入21世纪以来发展迅速，国内申请主要以铣磨、计算机控制及磁流变抛光技术为主，由于铣磨是光学元件磨削中应用比较广泛的一种磨削方法，申请量较多，而作为起步较晚的国家，其优势就在于可以直接领用现有技术中的优势资源及技术力量，比较有针对性地发展新兴的抛光方法，因此，计算机控制抛光及磁流变抛光技术申请量相对更多，而对于新生的抛光技术大多都是基于计算机控制进行的，因此，计算机控制抛光申请量最多；而主题如射流抛光、离子束抛光及气囊抛光现阶段还处于发展的初期阶段，申请量比较少，总比重不到申请量的15%。

作为传统的磨削方式，铣磨的专利申请在专利申请初期仍然占有一定比重，而其申请随着时间流逝越来越少，因为传统的铣磨加工方式已经不能满足现阶段对非球面元件表面加工精度的要求，比较先进的技术争相成为科研院校的研究对象，磁流变抛光专利申请量增长迅速，射流抛光、离子束抛光及超声波抛光均在进入2011年开始崭露头角。上述分析表明，虽然我国非球面磨削技术研究起步较晚，但是我国该项技术的发展能够抓住技术发展重点，在先进技术的发展上还是跟上了时代的潮流。

4 结论

在非球面透镜领域中，日本在非球面透镜的磨削领域中实力雄厚，不可小觑，同时日本的技术保护意识也比较强，同时会在多个国家就相同的主题进行申请专利；其次是前苏联的申请，在其他国家在该领域还是空白的时候，前苏联在该领域绽放异彩，虽然随着前苏联解体，该领域的领头势力也随之消逝，但是不可忽视的是前苏联曾在非球面透镜磨削领域做出不可磨灭的贡献。

随着时间的发展，传统的研磨抛光技术不再能够满足现代阶段非球面透镜表面加工精度的要求，为此人们越来越多地常识新兴的抛光手段，如射流抛光，离子束抛光，磁流变抛光等技术，虽然这部分技术的申请量还不多，但是从上述分析上可以看出这些新兴的抛光技术将是未来非球面加工的主要技术。中国最为后起之秀，紧追时代的步伐，并未在传统的研磨抛光手段上浪费太多的时间，而是抓住了技术发展的主要潮流，主要研究新兴的抛光技术，进入21世纪后为全球专利申请做出了巨大贡献。

[1]崔继峰.光学零件表面轮廓干涉测量方法研究[D].哈尔滨工业大学，2009.

[2]解旭辉.光学镜面离子束抛光系统工艺参数研究[D].国防科学技术大学，2009.

TG7

A

1674-6708（2015）143-0127-01