高精度光學透鏡拋光設備專利分析

前言

光學鏡頭產業鏈可簡單區分成，上游毛胚玻璃及各類式鏡片等功能性的元件製造，中游為已可成像的各類型鏡頭應用，以及下游的各類型成像及非成像系統整合。多元應用的發展是鏡頭產業規模能持續成長數十年的主要原因，根據PIDA表示，2017年台灣精密光學元件產值已破千億台幣，上看1,074億台幣。就目前市場來看，其中主要的貢獻來自於行動裝置等相關應用，然而在2017至2018年之間，其出貨量已逐步邁入成熟階段，成長率已呈現下滑趨勢。就目前光學鏡片新興市場趨勢來看，受惠於先進駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance Systems, ADAS） 和無人駕駛系統的需求，因此在車載鏡頭的成長開始逐步上升。就未來一部車子中所需要的光學系統來看，包含搭載倒車顯影輔助、夜視輔助、360度環景影像、車前及雙側與後方防撞監測及車道越線輔助系統等，因此，平均一部車子中所需要8~10個鏡頭，而這龐大的市場商機，更成為各廠商的主要競逐戰場。但從進展步調而言，雖然各國政府和品牌大廠皆已明確列出自動駕駛的時程表，但由於涉及到安全和技術的成熟性，對應的驗證期長及各式法規限制，導致其成長幅度有限；除了上述已明確發展的車用載具之外，虛擬實境（Virtual Reality, VR） / 擴增實境（Augmented Reality, AR）、機器人以及無人機亦為新興市場的方向，雖然具有發展潛力但仍屬發展初期，短時間見到大規模商用的機會仍不明朗；總結來說，即使應用持續朝向多元化發展，但全球光學鏡頭已趨近飽合，再加上中國大陸紅色供應鏈的低價競爭及政策大力扶植，導致需重新思考光學鏡頭在應用載具的佈局策略，期望可為國內的光學產業及相關業者，重新尋找新一波的成長動能。

在傳統光學成像系統中，光學透鏡品質決定了該系統的性能及價值，也因此在光學透鏡的應用及產品市場上，高表面品質的透鏡及其對應的價格，成為最終極也是主要的評估標準。隨著半導體產業、光學領域及航太工業相關技術的快速進展，越來越多高表面品質的光學元件需求，如雨後春筍般浮出市場檯面；如高階自動光學檢查設備、半導體曝光機及雷射系統等。其高價值的光學透鏡之表面品質要求，通常表面粗糙度（Surface Roughness）需達到1 nm等級，對應的面形精度為λ/10以下（λ為波長632.8 nm）。高技術門檻的需求及規格，成為世界各國的戰略佈局重點，然而對應的製程設備及專利，更成為是否能掌握高效、快速及穩定之高品質透鏡生產的關鍵因素。因此，在本文中將對高精度光學透鏡之拋光設備，進行相關的專利分析及討論，也期許為國內相關產業尋找新的佈局策略。

技術現況分析

展望目前台灣光學鏡片市場來看，台灣光學鏡頭製造業主要以消費型產品為主，平均價格約10美元左右；所採用的透鏡材質為塑膠，但由於塑膠材質在光學特性上，其低折射率、低阿貝數（Abbe Number）、耐候性及光譜適用範圍，侷限了應用層面。就光學檢測設備領域而言，由於高規格成像品質及使用環境需求，玻璃透鏡為現今最佳選擇之一，其鏡片平均價值約100美元左右。但高精度需求的製造技術門檻，國內只有少數業者可跨入。針對更高價值的光學透鏡，如曝光設備內的鏡頭組系統，由於所使用的光譜範圍為紫外光波段，以及奈米尺度下的形狀精度要求，使得目前國內業者尚無對應的製造能力，然而其鏡片平均價值約超過10000美元左右，相較於3C市場的光學透鏡而言，其價值相差1000倍以上。綜合上述觀點，可將光學鏡片應用層面，及對應價格、精度及材質整理如圖1所示。