视光学领域产学研合作初探——以自由曲面光焦度测量仪产业化为例

中国标准化研究院 蔡建奇

中国科学院光电技术研究所 史国华

上海雄博精密仪器股份有限公司 姜冠祥

一、中国视光学产业发展概述

人获取信息的82%的途径来自于视觉，眼睛作为人类获取信息最重要的器官，其健康与否受到所有民众的极度重视，根据WHO（世界卫生组织）的报告，眼屈光参差已成为全球第二大致残疾病，视光学是研究人眼屈光的主要学科，其研究内容涵盖眼科光学、眼科病理学、光学等多个学科，是目前全球发展最为迅速、研究最为活跃的学科领域。

眼镜是视光学研究领域中最易为民众所接触的产品，眼镜产业也常被作为视光学领域的部分缩影为人们所关注。中国目前戴眼镜的人群超过4亿人，据中华医学会的统计结果显示，中国屈光参差人群超过8亿人；目前中国眼镜产业年产值500亿元，国内中型以上眼镜店超过45000家，就潜在用户群和消费基数而言，中国毫无疑问是全球第一的“眼镜大国”，但就技术而言，中国截至目前仍在扮演着“技术追随者”的角色。在镜片设计和加工技术、镜架设计和加工技术以及材料技术领域，中国与美、欧、日尚存在一定的差距——中国眼镜产业的58%产值来自于出口代工；而在攸关眼镜和验光质量的检测设备领域，中国更是差距明显，目前中国生产的眼镜检测设备和验光设备基本是模拟日本上一代产品生产的，且从量值准确性和设备稳定性角度上比较，与日本上一代产品仍存在一定的差距。

二、自由曲面检测设备的技术和市场发展趋势

随着人口老龄化社会的到来以及现实工作中人眼视远、视近综合需求的不断增加，可同时满足视近、视远需求的自由曲面镜片（俗称为渐进多焦点镜片，但实质上渐进多焦点镜片只是自由曲面镜片的一种）开始广泛应用，目前在欧美市场，自由曲面镜片的市场占有率已经接近50%，中国自由曲面镜片的市场也在以每年30%以上的速度快速增长；随着市场的不断拓展，如何有效检测自由曲面镜片已成为整个视光学领域乃至眼镜产业界最大的课题之一。

由于自由曲面镜片的屈光度在整个表面范围内都不相同，且其面形是一种非轴对称的回转面，因此仅测量少数的点或母线对于评价渐进多焦点镜片的整个面形是远远不够的，必须测得整个面的面形分布，得到各个点的顶焦度参数。中国目前最为广泛使用的眼镜检测设备是焦度计，焦度计通常由光学系统、精密机械、光电检测器件（通常为CCD 传感器）及电器控制等部分组成，涉及光、机、电等方面的知识，焦度计用单点测量法，它在镜片的主光轴附近对称选取4个光点，用面阵图像传感器，采集4个光点的图像，根据4个光点的位置计算出镜片的顶焦度参数。单点测量法能精确给出各点信息，但它只能实时测出镜片的一个小区域中心的屈光度分布信息，不能给出整个面的屈光度分布信息，对于检测自由曲面镜片具有较大的局限性。

随着自由曲面镜片在市场的快速普及，中国作为全球眼镜最大的代工厂和最大的潜在消费市场，镜片生产商开始大量引进进口自由曲面加工设备，眼镜零售商开始大规模推广自由曲面镜片，整个眼镜行业开始启动自由曲面镜片的定制服务，但是横亘在整个产业的问题——自由曲面镜片检测问题却始终没有得到有效的解决。目前仅有以色列生产的FFV、VM-2500能够对自由曲面镜片进行测量，但是FFV是基于泰伯效应的摩尔条纹干涉法进行测量，但是干涉法对于环境，特别是震动要求极高。因此，很难将其用于镜片生产车间以及普通眼镜门店，而VM-2500尽管使用哈特曼原理，但是由于其内部设计以及其只能对毛坯镜进行检测的问题而导致上述两款设备很难有效满足生产需求，且两款设备的售价都接近3万美元，这对一个毛利率仅10%的中国眼镜产业而言无疑是造价过高。所以，目前这两款产品在中国受众度极低。如何能够研制并生产出符合中国国情、满足中国市场需要的自由曲面检测设备成为中国眼镜产业快速发展的一大瓶颈。

三、自由曲面光焦度检测仪的产业化之路

中国科学院光电技术研究所（以下简称中科院光电所）是中国光学领域技术最为尖端的研究院所，早在1997年，就已经研制成功了基于微棱镜阵列夏克－哈特曼传感器的人眼像差和角膜面形测量系统（相较于测量不会变化的眼镜镜片而言，测量不断活动的人眼更为困难），但是由于缺乏有效的产业化经验，致使这一领先欧美的先进检测技术始终未能推向市场。中国标准化研究院作为国家质检总局直属的四大研究院所之一，承担着推进中国标准化和产业化的大量工作。

2010年11月，产、学两大领域的上述两个院所基于中国眼镜产业在自由曲面镜片技术上所遇到的重大瓶颈开始了第一次合作——在对光电所的基于微棱镜阵列夏克－哈特曼传感器技术有效性进行了论证后，双方决定以市场化的手段，通过“产学研”的合作模式将这一技术产业化，在有效解决自由曲面镜片检测问题的基础上，扶植一个能够与日、欧检测设备厂商相抗衡的、具有民族自主品牌的中国企业，改变中国眼镜检测设备领域日欧产品垄断的局面，改变中国眼镜产业“技术跟随者”的角色。

上海雄博精密仪器股份有限公司（以下简称上海雄博）是中国最大的视光学仪器生产企业，在具有国内最大的产品销售网络的同时还具备较强的研发能力。作为国内视光学仪器生产领域的领军企业，上海雄博一直希望能够通过产学研的合作改变中国视光学检测设备企业“技术跟随者”的角色。

2011年3月，3个具有共同目标的、代表着“产学研”不同领域的机构坐在了一起。经过4个月的磋商和可行性论证，2011年8月，三方签署了责权利明确的合作协议，在实现自由曲面光焦度检测仪的目标下，三方基于自身优势做出了各自的分工。

中科院光电所利用其在开发自由曲面光焦度检测仪所必需的哈特曼技术，负责实验室装置的研制，同时利用其在计算机软硬件和图像分析理论的优势，完成自由曲面光焦度检测仪的软件研发。

中国标准化研究院利用其在视光学产业内的信息化优势、以及对仪器溯源、设备可靠性、产品质量控制、标准化以及相关质检领域优势为仪器研发提供与市场需求相符合的、满足检测产品溯源和质检要求的技术解决方案，并利用其在标准化、检测以及认证领域的资源优势为中国自主知识产权的产品推广提供有效的平台资源。

上海雄博利用其已具备的成熟的产品设计和生产能力，以及在销售和服务方面的经验和实力，负责仪器的商业化生产和销售。

产学研三方通过明确的分工，紧密的配合，仅用了不到3个月的时间，合作研究的第一台具有中国自主知识产权、具有国际领先技术水平的自由曲面光焦度检测仪样机于2011年11月问世。在经过各类后期可靠性测试以及客户体验后，2012年2月，自由曲面光焦度检测仪亮相上海国际眼镜展，亮相伊始，自由曲面光焦度检测仪就引起了国内外各大厂商的竞相关注，由于其技术优于以色列产品，价格却比以色列的产品低70%，另外在精确测量各类眼镜毛坯镜片的同时还能精确测量各类眼镜成镜，备受关注。应各企业的要求，中国眼镜协会专门安排了一场技术报告，详细介绍了这款中国自主技术研发的、具备国际领先水平的、能够有效解决自由曲面镜片检测问题的设备。

截止2012年9月，自由曲面光焦度检测仪已销售300余台，获得海外订单270余份，申请专利3项，发表论文3篇（EI检索），经过国内多家权威检测机构的试用以及上海市科委的技术鉴定，该产品国际领先、国内首创，从测量范围、测量精度、响应时间等多方面较欧美同类产品具有一定的比较技术优势。

四、视光学领域产业化的思考

通过自由曲面光焦度检测仪的产业化过程，可以看到，针对类似于视光学领域的产业——产业内企业多为中小企业、产业总体产值和利润率不高，但需求较大、技术发展快速、中国技术相对落后，在产业化过程中，产学研三者需要各自定位明确，通过最大化发挥自身优势资源，才能实现产业化目标。

具体而言，在产业化初始阶段，三方的角色定位应为：

研究院所——了解产业，具有对该产业市场和技术发展趋势的信息不对称优势，但不掌握相关核心技术。

学术机构——具有足够技术储备和极强的研发能力，但技术仅停留在实验室阶段，缺乏市场信息和技术实用性信息，产业化经验缺乏。

企业——在该领域具有一定的品牌影响力，具备较强的产品生产和产品营销能力，有通过新技术、新产品提升企业核心竞争力的强烈诉求。

通过确定三者的明确的责权利关系，实现强强联合的产业化合作，而在产业化工程中，三者的角色定位应为：

研究院所——利用其专业技术帮助学术机构完成能够有效满足市场需求、技术具备一定前瞻性、产品质量能够得到有效保障的、价格能为市场所接受的技术解决方案，并利用其平台资源为项目的实施和产品的后续推广提供有效的助力。

学术机构——利用其所掌握的核心技术，在研究机构和企业的指导下改进其技术方案，完成满足市场化需求的产品研发，并通过与研究院所的合作确定该技术的技术发展趋势，为产品的升级开展后续研发工作，解决产业化过程中产品所出现的技术问题。

企业——利用其丰富的生产经验完成产品的产业化，利用自身的营销和渠道优势以及研究院所的平台帮助，拓展产品市场。最终通过优势互补的合作模式，实现产业化目标，实现利益共享。