基于介質電潤濕的液體變焦透鏡專利技術綜述

毛潔 付寧

摘 要：基于介質電潤濕的液體變焦透鏡是一種無機械運動的液體變焦透鏡。文章通過對基于介質電潤濕的液體變焦透鏡領域的專利文獻的收集、標引和梳理，分析了該領域技術分支，申請態勢以及重要申請人情況，為行業發展提供參考。

關鍵詞：變焦透鏡；電潤濕；液體透鏡；專利技術

中圖分類號：T-18 文獻標志碼：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]是一種仿生學光學元件，其通過改變液體的表面形狀，形成不同曲率面，在不采用移動組件的情況下自動變焦，其結構簡單且不易磨損，能促進系統小型化和靈巧化。目前，基于介質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，調節液面的曲率，進而改變透鏡的焦距，利用這種原理制造的液體可變焦透鏡，響應時間短，變焦范圍廣，無機械可動部件且集成性好，因此，基于介質上電潤濕的流體變焦透鏡為液體變焦透鏡的研究熱點之一。

本文重點分析了基于介質上電潤濕的流體變焦透鏡的專利技術情況，從該領域的專利技術分支，專利申請勢態、重要申請人等方面進行了分析。本文選取的專利數據源為DWPI和CNABS專利。

1 基于介質上電潤濕的流體變焦透鏡的專利發展狀況

技術分支：

電潤濕效應通過改變導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生形變和位移。法國最早提出將電潤濕技術應用于變焦液體透鏡，從此揭開了基于介質上電潤濕原理的光學器件研制的序幕[1]。本文從透鏡本體及其應用兩個方向進行劃分，獲得表1所示的技術分解表。透鏡本體的改進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動，且易受溫度和重力的影響，因此，為了提高變焦精度，減小驅動電壓，需要進行校正，對承載及驅動裝置進行改進。電潤濕液體變焦透鏡應用廣泛，包括頭戴領域，透鏡陣列及顯示領域，照明領域等。

2 基于介質電潤濕液體變焦透鏡技術的專利分析

2.1 專利申請量分析

圖1反映了基于介質電潤濕液體變焦透鏡技術專利的年度申請量變化。國外在2000年首先進行專利申請，并在2000-2003年進入發展平穩期，而國內受限于工藝制造，2003年才起步；隨著各領域對高變焦精度的需求，全球申請量2004年呈現跳躍式增長，并逐漸平穩發展。2006年至今，國外進入了技術成熟期，申請量趨于穩定；同時，隨著國內加工工藝水平的提升，本土企業和高校陸續進行研究并提出專利申請，這使得國內的申請量在2006年后發展平穩。

2.2 技術原創國與技術目標國

圖2是基于介質電潤濕液體變焦透鏡技術原創國和技術目標國分布情況圖。可以看出，日本與歐洲為主要技術原創國，中國，日本和歐美地區為主要的市場。雖然中國在2006年才開始進行專利申請，但作為技術原創國的專利申請已有101件。然而，國內申請主要集中在高校，缺少向國外的知識產權布局。

2.3 申請人專利分析

圖3示出了該領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，后期著重于在各個領域的應用。而三星以及瓦里奧普蒂克公司著重于對透鏡材料的改進。莊臣公司著重于視力保護領域的應用。尼康，索尼和佳能公司著重于在攝像系統中的應用。

圖4示出了該領域國內申請人排名分布。跨國公司的申請量占申請總量50%以上，這與國內本土申請受限于工藝制造，起步較晚有關。飛利浦申請量最大。其中的個人申請為臺灣向內地的申請。而排名分布前12的國內本土申請人均為著重于原理性研究的高校，沒有企業。實際上，國內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上進行分析和研究，并沒有進行知識產權轉換；同時，國內高校與企業合作較少，僅4件專利申請。國內企業應該加大與高校的合作，實現電潤濕液體變焦透鏡的自主研發，避免對國外公司產生技術依賴。

3 結論

本文對基于介質電潤濕液體變焦透鏡領域專利技術進行了分析和整理，并對該領域專利申請量、技術原創國與目標國、申請人等做了統計分析。主要技術原創國來自歐美日，其中，日本起步較早，擁有原創專利最多，而歐洲核心專利最多，因此在進行專利分析時，應注重外文專利的檢索；國內應加強產學研結合，堅持企業在自主創新中的主體地位，企業、高校及科研機構各負其責，共同促進基于介質電潤濕液體變焦透鏡產業的發展。

參考文獻：

[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的動態變焦透鏡的研究[D].杭州：浙江大學，2006.

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