基于介質(zhì)電潤濕的液體變焦透鏡專利技術(shù)綜述

毛潔 付寧

摘 要：基于介質(zhì)電潤濕的液體變焦透鏡是一種無機(jī)械運(yùn)動(dòng)的液體變焦透鏡。文章通過對基于介質(zhì)電潤濕的液體變焦透鏡領(lǐng)域的專利文獻(xiàn)的收集、標(biāo)引和梳理，分析了該領(lǐng)域技術(shù)分支，申請態(tài)勢以及重要申請人情況，為行業(yè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：變焦透鏡；電潤濕；液體透鏡；專利技術(shù)

中圖分類號：T-18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）21-0019-02

Abstract： Electrowetting-based variable-focus lens is a kind of liquid lens without mechanical movement. In this paper， through the collection， indexing， and combing of patent literature in the field of electrowetting-based variable-focus lens， the decomposition of technical branches， application status， and technology distribution in the field are analyzed. The route provides a reference for the development of the industry.

Keywords： variable-focus lens； electrowetting-based； liquid lens； patent

引言

液體可變焦透鏡[1]是一種仿生學(xué)光學(xué)元件，其通過改變液體的表面形狀，形成不同曲率面，在不采用移動(dòng)組件的情況下自動(dòng)變焦，其結(jié)構(gòu)簡單且不易磨損，能促進(jìn)系統(tǒng)小型化和靈巧化。目前，基于介質(zhì)上電潤濕的流體變焦透鏡[2-3]是通過改變液體與固體界面的外加電壓來控制液體在固體面上潤濕特性，調(diào)節(jié)液面的曲率，進(jìn)而改變透鏡的焦距，利用這種原理制造的液體可變焦透鏡，響應(yīng)時(shí)間短，變焦范圍廣，無機(jī)械可動(dòng)部件且集成性好，因此，基于介質(zhì)上電潤濕的流體變焦透鏡為液體變焦透鏡的研究熱點(diǎn)之一。

本文重點(diǎn)分析了基于介質(zhì)上電潤濕的流體變焦透鏡的專利技術(shù)情況，從該領(lǐng)域的專利技術(shù)分支，專利申請勢態(tài)、重要申請人等方面進(jìn)行了分析。本文選取的專利數(shù)據(jù)源為DWPI和CNABS專利。

1 基于介質(zhì)上電潤濕的流體變焦透鏡的專利發(fā)展?fàn)顩r

技術(shù)分支：

電潤濕效應(yīng)通過改變導(dǎo)電液滴與基板之間的電壓來改變液滴在基板上的潤濕性，即改變接觸角使液滴發(fā)生形變和位移。法國最早提出將電潤濕技術(shù)應(yīng)用于變焦液體透鏡，從此揭開了基于介質(zhì)上電潤濕原理的光學(xué)器件研制的序幕[1]。本文從透鏡本體及其應(yīng)用兩個(gè)方向進(jìn)行劃分，獲得表1所示的技術(shù)分解表。透鏡本體的改進(jìn)主要集中在透鏡的制造，膜材料和流體材料。由于透鏡需要電能驅(qū)動(dòng)，且易受溫度和重力的影響，因此，為了提高變焦精度，減小驅(qū)動(dòng)電壓，需要進(jìn)行校正，對承載及驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行改進(jìn)。電潤濕液體變焦透鏡應(yīng)用廣泛，包括頭戴領(lǐng)域，透鏡陣列及顯示領(lǐng)域，照明領(lǐng)域等。

2 基于介質(zhì)電潤濕液體變焦透鏡技術(shù)的專利分析

2.1 專利申請量分析

圖1反映了基于介質(zhì)電潤濕液體變焦透鏡技術(shù)專利的年度申請量變化。國外在2000年首先進(jìn)行專利申請，并在2000-2003年進(jìn)入發(fā)展平穩(wěn)期，而國內(nèi)受限于工藝制造，2003年才起步；隨著各領(lǐng)域?qū)Ω咦兘咕鹊男枨螅蛏暾埩?004年呈現(xiàn)跳躍式增長，并逐漸平穩(wěn)發(fā)展。2006年至今，國外進(jìn)入了技術(shù)成熟期，申請量趨于穩(wěn)定；同時(shí)，隨著國內(nèi)加工工藝水平的提升，本土企業(yè)和高校陸續(xù)進(jìn)行研究并提出專利申請，這使得國內(nèi)的申請量在2006年后發(fā)展平穩(wěn)。

2.2 技術(shù)原創(chuàng)國與技術(shù)目標(biāo)國

圖2是基于介質(zhì)電潤濕液體變焦透鏡技術(shù)原創(chuàng)國和技術(shù)目標(biāo)國分布情況圖?？梢钥闯觯毡九c歐洲為主要技術(shù)原創(chuàng)國，中國，日本和歐美地區(qū)為主要的市場。雖然中國在2006年才開始進(jìn)行專利申請，但作為技術(shù)原創(chuàng)國的專利申請已有101件。然而，國內(nèi)申請主要集中在高校，缺少向國外的知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局。

2.3 申請人專利分析

圖3示出了該領(lǐng)域國外申請人排名分布。飛利浦申請量最大，三星，富士，索尼，瓦里奧普蒂克以及莊臣公司次之。其中飛利浦公司前期著重于原理和方法的研究，中期著重于變焦精度的提升，后期著重于在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。而三星以及瓦里奧普蒂克公司著重于對透鏡材料的改進(jìn)。莊臣公司著重于視力保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用。尼康，索尼和佳能公司著重于在攝像系統(tǒng)中的應(yīng)用。

圖4示出了該領(lǐng)域國內(nèi)申請人排名分布?？鐕镜纳暾埩空忌暾埧偭?0%以上，這與國內(nèi)本土申請受限于工藝制造，起步較晚有關(guān)。飛利浦申請量最大。其中的個(gè)人申請為臺(tái)灣向內(nèi)地的申請。而排名分布前12的國內(nèi)本土申請人均為著重于原理性研究的高校，沒有企業(yè)。實(shí)際上，國內(nèi)高校很早就開始研究電潤濕變焦透鏡，但僅限于從原理和技術(shù)上進(jìn)行分析和研究，并沒有進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)換；同時(shí)，國內(nèi)高校與企業(yè)合作較少，僅4件專利申請。國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該加大與高校的合作，實(shí)現(xiàn)電潤濕液體變焦透鏡的自主研發(fā)，避免對國外公司產(chǎn)生技術(shù)依賴。

3 結(jié)論

本文對基于介質(zhì)電潤濕液體變焦透鏡領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)進(jìn)行了分析和整理，并對該領(lǐng)域?qū)＠暾埩?、技術(shù)原創(chuàng)國與目標(biāo)國、申請人等做了統(tǒng)計(jì)分析。主要技術(shù)原創(chuàng)國來自歐美日，其中，日本起步較早，擁有原創(chuàng)專利最多，而歐洲核心專利最多，因此在進(jìn)行專利分析時(shí)，應(yīng)注重外文專利的檢索；國內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，堅(jiān)持企業(yè)在自主創(chuàng)新中的主體地位，企業(yè)、高校及科研機(jī)構(gòu)各負(fù)其責(zé)，共同促進(jìn)基于介質(zhì)電潤濕液體變焦透鏡產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]Hongwen Ren， David Fox， et al. Tunable-focus liquid lens controlledusing a servo motor. Optics Express， 2006，14（19）：14.

[2]李娜.基于LCD的動(dòng)態(tài)變焦透鏡的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2006.

[3]FanYi Lin， LiYu Chu， et al. Smart lens： tunable liquid lens for laser tracking. SPIE， 2007，6584：18.