肖伏鳳

摘 要：文章主要圍繞基于電潤(rùn)濕效應(yīng)的變焦透鏡技術(shù)進(jìn)行展開(kāi)，對(duì)液體變焦透鏡技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行梳理，統(tǒng)計(jì)液體變焦透鏡領(lǐng)域的全球?qū)＠暾?qǐng)及在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的分布情況，分析主要申請(qǐng)人的專(zhuān)利申請(qǐng)動(dòng)態(tài)，有助于該領(lǐng)域的技術(shù)人員和企業(yè)人員了解液體變焦透鏡技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：液體透鏡；電潤(rùn)濕；專(zhuān)利分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TH74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）20-0081-02

1 概 述

隨著光學(xué)變焦技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代光學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的需求，人們對(duì)液體透鏡的研究和應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注。 液體透鏡是一種新型的光學(xué)元件，具有一定的自主變焦功能。將這種元件應(yīng)用于變焦系統(tǒng)，能有效的推動(dòng)變焦系統(tǒng)向小型化、靈巧化發(fā)展。液體透鏡通常包括三種液體可變焦透鏡技術(shù)——基于填充液體表面曲率變化變焦技術(shù)、基于液晶的微變焦技術(shù)和介質(zhì)電潤(rùn)濕效應(yīng)變焦技術(shù)，本文主要涉及電潤(rùn)濕效應(yīng)的變焦透鏡技術(shù)。

1875 年法國(guó)科學(xué)家 Gabriel Lippmann 首次提出了電毛細(xì)（Electrocapmary，EC）的現(xiàn)象[1]，在汞和電解液間施加了電壓，他發(fā)現(xiàn)因?yàn)榇嬖陟o電荷，界面的毛細(xì)管力產(chǎn)生了很大的變化，研究提出了非常著名的 Young-Lippmann 方程。而1936 年，Aleksandr Froumkine在液滴上通過(guò)施加電場(chǎng)來(lái)改變金屬表面界面的張力從而改變了水滴的形狀，且實(shí)現(xiàn)了液滴的運(yùn)動(dòng)。然而，該實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性不好。上世紀(jì)90年代，法國(guó)科學(xué)家Bruno Berge根據(jù)Lippmann的理論模型，在導(dǎo)電液體和金屬電極中間加了絕緣介質(zhì)層，防止電解的發(fā)生，即在介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了電潤(rùn)濕（Electro-Wetting On Dielectric，EWOD）[2]，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到很大的提高。由于絕緣介質(zhì)層的存在，電荷得到足夠多的積累，接觸角變化的范圍也提高了很多。這個(gè)實(shí)驗(yàn)突破了電潤(rùn)濕的技術(shù)瓶頸，使得人們對(duì)電潤(rùn)濕效應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新研究進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期。

本文旨在通過(guò)對(duì)基于電潤(rùn)濕變焦透鏡技術(shù)的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，歸納該技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的特點(diǎn)、現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用進(jìn)行綜合分析和歸納，比較研究進(jìn)一步得出該領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)情況以及國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)利布局情況，從而為我國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人今后的重點(diǎn)研究方向提出意見(jiàn)。

2 液體變焦透鏡的專(zhuān)利分析

液體變焦透鏡主要集中在分類(lèi)號(hào)G02B3/12充入液體或抽空的透鏡及其下點(diǎn)組G02B3/14可變焦距的充入液體或抽空的透鏡。在中文專(zhuān)利庫(kù)的檢索中，電潤(rùn)濕液體變焦透鏡中的電潤(rùn)濕關(guān)鍵詞很準(zhǔn)確，因此可以直接用關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，例如檢索式“電潤(rùn)濕s（液3 W透鏡）”或電潤(rùn)濕與分類(lèi)號(hào)相與進(jìn)行檢索，而在外文庫(kù)中，英文關(guān)鍵詞electrowet+、len很準(zhǔn)確，因此仍然可以直接用關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，例如檢索式“electrowet+s（liquid 3d len）” electrowet+與分類(lèi)號(hào)相與進(jìn)行檢索。順便提下英文庫(kù)檢索式用到的符號(hào)是“d”而不是“w”的原因在于中英表達(dá)方式不同。

在CNABS庫(kù)中，分類(lèi)號(hào)G02B3/14/IC下具有775篇，其中具有“電潤(rùn)濕”關(guān)鍵詞的具有131篇，占17%，其每年的專(zhuān)利量如圖1所示，申請(qǐng)人，見(jiàn)表1，由圖表可知，在2005年時(shí)相關(guān)專(zhuān)利量達(dá)到了頂峰，說(shuō)明電潤(rùn)濕液體變焦透鏡技術(shù)得到廣泛關(guān)注并逐漸成熟，且申請(qǐng)人以公司為主，由此折射出該行業(yè)突破了純技術(shù)研究，而得到了實(shí)際的產(chǎn)品推廣應(yīng)用，而申請(qǐng)人中也有部分高校，由此得出該領(lǐng)域也具有技術(shù)深度的延展性，現(xiàn)有的技術(shù)瓶頸和更高層次的技術(shù)水平值得探究。

而在CNABS中，輸入關(guān)鍵詞“電潤(rùn)濕”得到675篇，而其每年的專(zhuān)利量走勢(shì)，如圖2所示，由圖可知，其在2005年并非高峰值，而是逐年呈不斷上升的趨勢(shì)，由此可見(jiàn)電潤(rùn)濕技術(shù)得到擴(kuò)展和延伸，進(jìn)入其他橫向領(lǐng)域的發(fā)展。

而在SIPOABS中，利用分類(lèi)號(hào)G02B3/14/IC和關(guān)鍵詞“（liquid 3d len） s electrowet+”進(jìn)行檢索得到83篇，其每年的專(zhuān)利量，如圖3所示，由圖可知EPO（歐洲專(zhuān)利局）總量最多，其次是美國(guó)和中國(guó)，歐洲專(zhuān)利局、美國(guó)和中國(guó)的專(zhuān)利量柱狀圖，如圖4所示。圖3和圖4中可看出國(guó)際申請(qǐng)量在2006年達(dá)到最高峰，這與國(guó)內(nèi)2005年達(dá)到高峰基本同步吻合，而后2012年左右到達(dá)一個(gè)小高峰，而國(guó)內(nèi)這時(shí)候未出現(xiàn)，我們可以關(guān)注那段時(shí)間的國(guó)外申請(qǐng)來(lái)了解國(guó)外研究動(dòng)態(tài)。

基于電潤(rùn)濕變焦透鏡技術(shù)目前已不局限于透鏡結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)化設(shè)計(jì)了，如透鏡中的液體量的有效控制，而是不斷的擴(kuò)展到了各類(lèi)光學(xué)系統(tǒng)，主要的相機(jī)攝影行業(yè)的變焦系統(tǒng)、3D圖像顯示裝置中，其主要通過(guò)電潤(rùn)濕透鏡分別將圖像投影在第一、第二或更多焦距處，以構(gòu)建3維顯示效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

基于電潤(rùn)濕效應(yīng)的液體變焦透鏡不需要機(jī)械移動(dòng)，只通過(guò)外加電壓來(lái)控制液面的曲率，就可以達(dá)到透鏡變焦的目的。它具有尺寸小、變焦時(shí)間短、功耗低、可調(diào)范圍大等突出優(yōu)點(diǎn)。從本文的專(zhuān)利初步分析可知，國(guó)內(nèi)的近期研究力度相比國(guó)外有所回落，我們應(yīng)該以近幾年國(guó)外的發(fā)展方向?yàn)閷?dǎo)引，啟發(fā)我們找到技術(shù)突破點(diǎn)，早日實(shí)現(xiàn)由“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”的飛躍轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

[1] Lippmann G. Relations entre les phenomenes electriques etcapillaires

[J].Ann Chim Phys，1875，（11）.

[2] Berge B. Electroc apillarity and wetting of insulator films by water

[J].Surface and Interface Physics， 1993， 317， Series II.