发明创造名称：一种无自旋交换弛豫的原子陀螺仪装置
外观设计名称：
决定号：182619
决定日：2019-06-29
委内编号：1F246160
优先权日：
申请（专利）号：201410667490.0
申请日：2014-11-20
复审请求人：北京航空航天大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：杨军艳
合议组组长：翟琳娜
参审员：孟宪超
国际分类号：G01C19/58
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求的技术方案与最接近的现有技术相比具有区别技术特征，但是该区别技术特征或由其他现有技术证据给出了技术启示，或为本领域解决常规技术问题的常规设置手段，则该项权利要求相对于上述现有技术不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201410667490.0，名称为“一种无自旋交换弛豫的原子陀螺仪装置”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为北京航空航天大学。本申请的申请日为2014年11月20日，公开日为2015年03月25日。
经实质审查，国家知识产权局审查部门于2017年11月20日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-4不符合专利法第22条第3款有关创造性地规定。驳回决定所依据的文本为：2017年08月02日提交的权利要求第1-4项；申请日2014年11月20日提交的说明书第[0001]-[0026]段、说明书附图图1、说明书摘要和摘要附图。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1、一种无自旋交换弛豫的原子陀螺仪装置，其特征在于：包括第一起偏器（1）、检测激光器（2）、第一激光光束（3）、抽运激光器（4）、第二起偏器（5）、检偏器（6）、光电探测器（7）、数字处理器（8）、第一信号线（9）、第二信号线（10）、第三信号线（11）、相位调制器（12）、第一λ/4波片（13）、第二λ/4波片（14）、磁屏蔽筒（15）、磁补偿线圈（16）、第一反射镜（17）、第二反射镜（18）、碱金属气室（19）、电加热丝（20）、第二激光光束（21）；第一激光光束（3）中心波长为碱金属原子的D1线；第二激光光束（21）中心波长为碱金属原子的D2线；碱金属气室（19）位于磁补偿线圈（16）的中心；电加热丝（20）用于给碱金属气室（19）加热；磁屏蔽筒（15）为碱金属气室（19）提供弱磁环境；第二激光光束（21）经第二反射镜（18）反射后与第一激光光束（30）交汇且保持正交；数字处理器（8）通过第一信号线（9）、第二信号线（10）、第三信号线（11）进行信号的提取与系统控制；第一信号线（9）用于控制磁补偿线圈（16）及电加热丝（20）的电流；光电探测器（7）的输出端通过第二信号线（10）与数字处理器（8）的输入端相连；第三信号线（11）将相位调制器（12）的调制频率信息传递给数字处理器（8）；抽运激光器（4）产生的第一激光光束（3）经第二起偏器（5）及第二λ/4波片（14）后变为圆偏振光进入碱金属气室（19），用于极化碱金属气室（19）中的碱金属原子及惰性气体原子；第一λ/4波片（13）、相位调制器（12）的主轴方向、检偏器（6）的透光方向与第一起偏器（1）的透光方向之间的夹角分别为0°、45°、90°；检测激光器（2）产生的第二激光光束（21）依次经过第一起偏器（1）、第二反射镜（18）、碱金属气室（19）、第一反射镜（17）、第一λ/4波片（13）、相位调制器（12）以及检偏器（6）后进入光电探测器（7）转变为电信号，用于探测碱金属气室（19）中原子敏感到的载体角速度，所述第一激光光束（3）、第二激光光束（21）以及第一信号线（9）均从磁屏蔽筒（15）底面进出；所述磁补偿线圈（16）由金属线绕制而成，或由含金属丝的柔性膜构成，所述碱金属气室（19）由玻璃烧制而成，或由基于MEMS技术的微机械结构气体腔构成。
2、根据权利要求1所述的一种无自旋交换弛豫的原子陀螺仪装置，其特征在于：所述检测激光器（2）为半导体激光器或光纤激光器。
3、根据权利要求1所述的一种无自旋交换弛豫的原子陀螺仪装置，其特征在于：所述抽运激光器（4）为半导体激光器或光纤激光器。
4、根据权利要求1所述的一种无自旋交换弛豫的原子陀螺仪装置，其特征在于：所述相位调制器（12）为光弹调制器，可以对第一激光光束（3）相位进行调制的光学器件。”
驳回决定中使用了如下三份对比文件：
对比文件1：US20110297372A1号美国专利文献，其公开日为2011年12月08日；
对比文件2：“A low-noise ferrite magnetic shield”，T.W.Kornac等，《Applied Physics Letters》，第90卷第22期，第223501/1-3页，其公开日为2007年05月29日；
对比文件3：US4525672号美国专利文献，其公开日为1985年06月25日。
驳回决定认为：（1）以对比文件1为最接近的现有技术，本申请权利要求1相对于对比文件1-3以及公知常识的结合是显而易见的，不具备创造性。（2）从属权利要求2、3的附加技术特征属于本领域的常规技术手段，从属权利要求4的附加技术特征被对比文件2公开并给出了技术启示，因此权利要求2-4也不具备创造性。
申请人北京航空航天大学（下称复审请求人）对上述驳回决定不服,于2018年02月01日向国家知识产权局提出了复审请求，未对申请文件进行修改。复审请求人认为：NMR原子陀螺仪和SERF原子陀螺仪测量原理和检测原理完全不同；对比文件3不能实现激光光束及电信号线均从磁屏蔽筒底部进出，也没有提及磁屏蔽筒侧面开孔对内部剩余磁场的影响。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年04月09日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为本申请权利要求1-4不具备创造性，因而坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年04月11日向复审请求人发出复审通知书，指出：本申请权利要求1是本领域技术人员在对比文件1的基础上结合对比文件2、3以及本领域公知常识容易想到的，不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定；从属权利要求2、3的附加技术特征均属于本领域的常规技术手段，从属权利要求4的附加技术特征被对比文件2公开，因此权利要求2-4也均不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
针对上述复审通知书，复审请求人于2019年05月23日提交了意见陈述书，未修改申请文件。复审请求人认为：本申请权利要求1与对比文件1-3的方案均不同，对比文件1-3均未提及屏蔽筒侧面开孔的影响；再次强调，NRM原子陀螺仪和SERF原子陀螺仪测量原理和检测原理完全不同。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
在复审程序中，复审请求人未修改申请文件，因此本复审决定所针对的审查文本与驳回决定所针对的文本相同，即：2017年08月02日提交的权利要求第1-4项；申请日2014年11月20日提交的说明书第[0001]-[0026]段、说明书附图图1、说明书摘要和摘要附图。
关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
（1）关于权利要求1
对比文件1公开了一种带有原子自旋陀螺仪的井下定向传感器，与本申请技术领域相同，也涉及原子自旋陀螺仪的技术领域。对比文件1具体公开了（参见对比文件1说明书第16-34段、第47段及附图1-4）：在该井下定向传感系统10中，仪器组件12设置在缆线20上，放入井孔14；缆线20可包括电缆、光缆等多种缆线。仪器组件12包括至少一个原子磁力计22，用于感知相对于特定轴的机械转动率，可作为原子自旋陀螺仪的一部分。图2中示出了原子磁力计22和控制系统24，其中控制系统24远离原子磁力计22；也可如图4中所示，控制系统24全部或部分放入井下。如图2所示，控制系统24通过缆线20连接到磁力计22。缆线20包括光波导26、28和30，用于传输控制系统24和磁力计22之间的光线。磁力计22包括小腔室32、围绕小腔室32的热气室34、磁补偿线圈36和磁屏蔽筒38。小腔室32优选为球形玻璃容器，其内有碱金属蒸汽、惰性气体和氮气。抽运激光器46产生抽运激光40，由光波导26传输进入小腔室32，用于极化碱金属原子。通过自旋交换碰撞，将极化传递给惰性气体原子。检测激光器48产生检测激光42，由光波导28传输进入小腔室32，其传输方向以与抽运激光40垂直的方向穿过小腔室32，再由光波导30传输到光电检测器44。通过分析检测激光42的特性，可获得碱金属极化方向的指示。通过碱金属原子的电子极化、惰性气体原子核的极化、磁场以及磁力计22机械转动之间的关系方程，可以获得陀螺仪的输出信号，该信号与磁场无关，与相对于轴的机械转动率成比例。
结合图2可见，对比文件1中极化光路的构成为抽运激光器46和λ/4波片，以产生圆偏振光的抽运激光40，直接进入小腔室32；检测光路的构成包括检测激光器48、作为起偏器的偏振片50、法拉第调制器54、普克尔斯盒56，以产生调制后的线偏振光作为检测激光42，该检测激光42经过第一反射镜反射后与抽运激光40垂直，其穿过小腔室32入射到第二反射镜，由第二反射镜反射后以平行于抽运激光40的方向经过偏振片52进入光电检测器44，其中偏振片52作为检偏器。光电检测器44的输出经过放大器58和信号线66进入电路60，可进行数字处理。
将本申请权利要求1与对比文件1相比可知，两者基本原理相同，都是利用原子自旋的现象来制作原子陀螺仪；两者的主要组成结构基本相同，都包括磁屏蔽筒，该磁屏蔽筒内部设置有含碱金属气体和惰性气体的腔室、腔室外部的加热部件和磁补偿线圈，还包括极化光路以及检测光路，检测光路穿过腔室，在腔室内检测光路与极化光路垂直，传出腔室的检测光路进入光电检测器，光电检测器的输出通过信号线输入到数字处理器。两者的区别仅在于：（1）检测光路的设置不同，本申请中进入气室前的检测光路没有采用法拉第调制器和普克尔斯盒进行调制，而是将第一起偏器产生的线偏振光直接反射进入碱金属气室，穿出气室的光束再反射后经过第一λ/4波片和相位调制器进行调制，再经过检偏器进入光电检测器，其中该第一λ/4波片、相位调制器的主轴方向、检偏器的透光方向与第一起偏器的透光方向之间的夹角分别为0°、45°、90°；（2）本申请中没有采用热气室，而是采用了电加热丝对碱金属气室进行加热，由与数字处理器连接的第一信号线对磁补偿线圈及电加热丝的电流进行控制，抽运激光束、检测激光束和第一信号线均从磁屏蔽筒底面进出；（3）本申请中还包括第二起偏器，抽运激光经第二起偏器和第二λ/4波片后变为圆偏振光，以及第三信号线，该第三信号线将相位调制器的调制频率信息传递给数字处理器，进行信号的提取与系统控制，此外，本申请还限定了抽运激光光束中心波长为碱金属原子的D1线，检测激光光束中心波长为碱金属原子的D2线，磁补偿线圈由金属线绕制而成，或由含金属丝的柔性膜构成，以及碱金属气室还可以由基于MEMS技术的微机械结构气体腔构成。
针对上述区别技术特征（1）：对比文件2公开了一种低噪音的磁屏蔽筒，用于无自旋交换弛豫的原子磁力计中，也涉及了原子磁力计的结构，与本申请及对比文件1技术领域相同。对比文件2具体公开了（参见对比文件2第223501-1页和附图1）：在该磁力计中，采用圆偏振光作为抽运激光，线偏振光作为检测激光，检测碱金属气室内原子的自旋指向；结合图1可知，其检测光路为起偏器产生的线偏振光直接进入碱金属气室，在碱金属气室内检测光路与抽运激光形成的极化光路垂直，穿出碱金属气室的检测光束经过λ/4波片和PEM光弹调制器进行相位调制，再经过检偏器进入光电检测器。由此可知，对比文件2中公开的检测光路与本申请基本相同，其给出了在原子自旋磁力计构成的陀螺仪中可以采用不同于对比文件1的检测光路进行载体角速度检测的技术启示。在该技术启示下，本领域技术人员有动机替换对比文件1中的检测光路，采用进入碱金属气室前不做调制、而对穿出碱金属气室的检测光束进行相位调制的方式。采用这种方式时，起偏器的透光方向与λ/4波片、PEM光弹相位调制器的主轴和检偏器的透光方向之间必然需要设置一定的角度关系，而采用本申请权利要求1中所限定的0°、45°、90°的这种角度关系配置是本领域的常规设计，因为光弹调制器与前后偏光镜均呈45°角的设置可以起到调制偏振态和分析偏振态的效果，而这种作用效果对于光路设计的技术人员来说是熟知的。
针对上述区别技术特征（2）：对比文件3公开了一种核磁共振中的抽运激光装置，也涉及了核磁共振陀螺仪的结构。对比文件3具体公开了（参见对比文件3说明书第3-4栏和附图1-2）：该系统包括激光二极管10和12；激光二极管10发射的激光作为抽运激光，经过圆偏振片24进入核磁共振室26；激光二极管12发射的激光作为检测激光，经过反射镜30反射进入核磁共振室26，在核磁共振室26中检测激光与抽运激光垂直，穿出后检测激光经过反射镜32反射以与抽运激光平行的方向射出；核磁共振室26的温度由加热器/制冷器28控制，并连接有温度控制单元29。由图1中可以看出，抽运激光形成的极化光路中的圆偏振片24以及检测光路中的反射镜30和32均设置在双层磁屏蔽筒44内，而两个激光二极管10和12以及光电检测装置均设置在磁屏蔽筒44外部，磁屏蔽筒44内还设置有补偿线圈42和加热器/制冷器28。由于抽运光束要进入磁屏蔽筒，检测光束要进入并射出磁屏蔽筒，因此磁屏蔽筒壁上必然具有光束进出的三个孔，根据图1中所示光路的布置能够确定光束进出的三个孔均设置于磁屏蔽筒的底部。虽然复审请求人认为NMR原子陀螺仪和SERF原子陀螺仪的测量原理和检测原理完全不同，但是合议组认为，NMR原子陀螺仪和SERF原子陀螺仪均利用了原子自旋交换的基本原理，SERF原子陀螺仪本身也是在NMR原子陀螺仪或NMR原子磁力计的基础上发展而来，它们对光路、磁屏蔽筒等器件布置的条件要求是一致的，因此SERF原子陀螺仪领域的技术人员能够想到从相关的NMR原子陀螺仪或NMR原子磁力计领域的技术中寻找改进的启示，故可以借鉴对比文件3所公开的内容。而如上所述，对比文件3公开了将反射镜设置于磁屏蔽筒内，并使抽运激光和检测激光均从磁屏蔽筒底面进出的技术手段。在这种手段的技术启示下，本领域技术人员面对器件需要小型化和集成化的这一普遍技术问题时，容易想到将该手段应用于对比文件1的技术方案中，以进一步减小对比文件1中原子磁力计22的外形尺寸。
此外，电加热丝是常用的加热器件，碱金属气室需要加热保持其中的气体形态，因此采用电加热丝作为碱金属气室的加热器件是本领域技术人员容易想到的。电加热丝和磁补偿线圈均位于磁屏蔽筒中，它们都需要进行控制，而具有控制功能的数字处理器通常设置在磁屏蔽筒外部，因此需要利用信号线将数字处理器与电加热丝和磁补偿线圈相连接，以便传输感测信号和控制信号，该信号线必然要穿过磁屏蔽筒。在磁屏蔽筒已于底面开有光束进出孔的情况下，本领域技术人员更易于想到将该信号线的进出孔也设置于磁屏蔽筒的底面，便于磁屏蔽筒外部部件的集中设置，有利于器件的小型化和集成化。对比文件3图1中虽然示出了磁屏蔽筒侧壁位置附近具有温度控制单元29，但是合议组认为图1中此处的图式是一种示意性的表述，是为了更加清楚地显示出对于加热器/制冷器26有相应的控制部件存在，并不意味着实际设计中该控制部件必然设置在磁屏蔽筒的侧面，从而需要在侧壁上打孔；并且本领域技术人员也能够明确地知道，将控制部件设置在侧面的这种设置方式是不利于小型化布局的，而如上所述，在对比文件3的技术启示下本领域技术人员更易想到将控制部件和其他外部部件集中设置在磁屏蔽筒的底面，此时用于信号线进出的孔也相应设置在底面，客观上也能够起到避免在侧壁打孔的效果。
针对上述区别技术特征（3）：合议组认为，第二起偏器和第三信号线的设置均属于本领域中的常规技术手段，即常规技术中就是用起偏器与λ/4波片配合产生圆偏振光，用具有控制功能的数字处理器通过信号线来提取和控制相位调制器的调制频率信息；此外，采用碱金属原子的D线作为与其相关的抽运激光和检测激光的中心波长是本领域技术人员容易想到的，而本申请权利要求1中所限定的磁补偿线圈和碱金属气室的材质和制作方式均是现有技术中已经存在的常规技术手段，既不是本申请的发明创造，也不能使本申请的方案具有创造性。
综上，对本领域技术人员来说，在对比文件1的基础上结合对比文件2、3以及本领域的公知常识性技术得到本申请权利要求1的技术方案是显而易见的，权利要求1相对于对比文件1-3以及公知常识的结合不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2、关于权利要求2和3
权利要求2和3分别引用权利要求1，其进一步限定了检测激光器和抽运激光器均可采用半导体激光器或光纤激光器。半导体激光器和光纤激光器都是常见的激光器类型，它们的应用非常广泛，因此采用半导体激光器或光纤激光器作为检测激光器或抽运激光器，对本领域技术人员来说是显而易见的。在其所引用的权利要求1不具备创造性时，权利要求2和3相对于上述对比文件也均不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、关于权利要求4
权利要求4引用权利要求1，其进一步限定了相位调制器为光弹调制器。如上所述，同样涉及SERF原子陀螺仪的对比文件2中已经公开了检测光路中在从碱金属气室出射后的光路上设置PEM光弹调制器，以对出射的检测光束进行相位调制。因此，该附加技术特征已由对比文件2公开，在其所引用的权利要求1不具备创造性时，权利要求4相对于上述对比文件也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
综上，本申请权利要求1-4均不具备创造性，不符合专利法第22条第3款的规定。
三、决定
维持国家知识产权局于2017 年11 月20 日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服,根据专利法第41条第2款的规定,请求人自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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