(57)【要約】【課題】調節可能な焦点距離を持つレンズ装置を提供する。【解決手段】レンズ装置は周囲を空気または相互に不混和な液体によって取り囲まれた非導電性液体の液滴を具備する。非導電性液体の液滴は底部プレートに配置される。底部プレートは第１の電極セットを具備する。第１の電極セットは、液滴と第１の電極セット各々の間に第１の電位差を造り出すため、第１の電極セットを個別的に選択してバイアスをかけることが可能なように配置されている。第１の電位差で誘電力が引き起こされ、非導電性液体の液滴の形状が調節可能である。【選択図】    図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性液体の液滴、および、
底部プレートが液滴を配置するために使用されており、第１の電極セットは、液滴と第１の電極セット各々の間に第１の電位差を造り出すため、第１の電極セットに個別的に選択してバイアスをかけることが可能なように配置されている、第１の電極セットを具備する底部プレート、
よりなるレンズ装置であって、
非導電性液体の液滴の形状が、液滴と第１の電極セット各々の間の第１の電位差を調節することによって調節可能となっている、レンズ装置。
【請求項２】
底部プレートが更に液滴と第１の電極セットの間に配置された潤滑層を含む請求項1のレンズ装置。
【請求項３】
第１の電極セットが潤滑層の中に配置されている請求項2のレンズ装置。
【請求項４】
潤滑層が少なくとも以下の一つよりなる請求項2のレンズ装置：
テフロン（登録商標）、ポリジメチル・シロキサン（PDMS）、厚膜フォトレジスト、パリレン、酸化ケイ素、または、絶縁材。
【請求項５】
前記レンズ装置が更に、第2の電極セットを具備する上部プレート、よりなる請求項1のレンズ装置であって、
上記第２の電極セットは、液滴と第２の電極セット各々の間に第２の電位差を造り出すため、上記第２の電極セットに個別的に選択してバイアスをかけることが可能なように配置されている、請求項1のレンズ装置。
【請求項６】
液滴が少なくとも以下の一つよりなる請求項1のレンズ装置：
液晶、エーテル、ケトン、アルコール、および電界によって分極化することが可能な有機物質。
【請求項７】
第１の電極セットが円、行列、または、同心円の形で配置されている請求項1のレンズ装置。
【請求項８】
第１の液体および第2の液体が相互に不混和であり、第１の液体および第2の液体が非導電性である、第１の液体および第2の液体の液滴を満たしたチャンバ、および、
電界をコントロールすることによって、第１の液体と第2の液体の液滴との間の界面が調節可能な、電界を発生させるための電極一セット、よりなるレンズ装置。
【請求項９】
前記レンズ装置が更に第１の液体、第2の液体の液滴および電極セットの間に配置される潤滑層を具備する、請求項８のレンズ装置。
【請求項１０】
潤滑層が少なくとも以下の一つよりなる請求項９のレンズ装置： 
テフロン（登録商標）、ポリジメチル・シロキサン（PDMS）、厚膜フォトレジスト、パリレン、酸化ケイ素、または、絶縁材。
【請求項１１】
第１の液体が少なくとも以下の一つよりなる請求項8のレンズ装置：
液晶、エーテル、ケトン、アルコール、および電界によって分極化することが可能な有機物質。
【請求項１２】
電極セットが円、行列、または、同心円の形で配置されている請求項8のレンズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系で使用されるレンズに関し、より詳しくは、調節可能な焦点距離を持つレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、光学系の焦点距離調節レンズは、機械式調節レンズおよび電動式調節レンズの2つのタイプに分類することができる。機械式調節レンズでは、調節機能はレンズを前後に移動するモーターによって達成される。したがって、移動レンズのため大きな外形と多量の電力消費が必要である。
【０００３】
従来の技術では、電動式調節レンズはエレクトロウェッティング・メカニズムで液体の形状を変形させることによって、焦点距離を調節する。 電動式調節レンズの液体には、通常導電性の液体および絶縁性の液体が含まれる。レンズの焦点距離を変えることが可能なように、導電性の液体の形状はエレクトロウェッティング・メカニズムによって電気的に変えることができるようになっている。
【０００４】
米国特許6,545,815号では、エレクトロウェッティング・メカニズムの助けを借りる調節可能な液体レンズが開示されている。
図1は、この従来の技術において提案されている液体レンズ10を例示したものである。この特許においては、導電性の液体の液滴11が、潤滑層としても機能する絶縁層12に配置されている。制御電極15は、絶縁層12の下に設置されている。液滴電極16は導電性液体の液滴11と直接接触する。制御電極15と液滴電極16の間の電圧差は、エレクトロウェッティング効果を引き起こし、導電性液体の液滴11の形状を変形させる。液体レンズ10の焦点距離は導電性液体の液滴11の形状が電気的に変形して調節される。
【０００５】
従来の技術のエレクトロウェッティング・メカニズム利用レンズには、導電性の液体が電解質でできているという難点が有る。たとえば、導電性の液体の液滴11は高い電流を引き起こす液滴電極16と直接接触する。電流のため導電性の液体の液滴11に電気分解が起こる。更に、導電性の液体の液滴11は、電圧差によって生じる電界のため加熱されてしまう。この効果はジュール加熱と呼ばれている。
【特許文献１】米国特許6,545,815号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主要な目的の一つは、調節可能な焦点距離を持つレンズ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の問題を解決するため、本発明では、エレクトロウェッティング・メカニズムの代わりに誘電力を使用する調節可能な焦点距離を持つレンズを提供する。誘電力は、2つの非導電性媒体（例えば液体、気体および固体）の間に誘電率の差があるため生じる外部の電界の下で発生する。エレクトロウェッティングの方法で使用される導電性の液体とは異なり、誘電力の方法で使用される液体は非導電性である。
【０００８】
この発明の一つの好ましい実施態様は非導電性の液滴を具備するレンズである。非導電性の液滴が第１の電極セットを具備する底部プレートに置かれている。第１の電極セットは、第１の電極セットに選択的にバイアスをかけることができ、液滴と各第１の電極セットの間にそれぞれ第１の電位差がつくり出されるような方法で配置されている。液滴と液滴を取り囲んでいる媒体（例えば空気もしくはその他の液体）の誘電率は異なる。第１の電位差が印加される間に誘電率の差によって誘電力が引き起こされる。非導電性の液滴の形状は、誘電力によって変形し、それによってレンズの焦点距離の変化を引き起こす。
【０００９】
本発明のその他の好ましい実施態様は、チャンバおよび電極１セットを具備するレンズである。チャンバには、第１の液体ならびに第2の液体の液滴が満たされている。第１の液体と第2の液体は、相互に不混和性である。両液体とも非導電性であり、それぞれ誘電率は異なる。第1の液体および第2の液体の液滴（すなわち液滴の表面形状）間の界面は、電極セットによって作り出される電界によって変形することが可能である。したがって、レンズの焦点距離が界面を変形させることによって調節可能である。
【００１０】
各媒体（例えば液体）は、特定の誘電特性、特に特定の誘電率を有する。１つの誘電率は、実数部分と虚数部分から構成されている。実数部分は液体の分極率を虚数部分は液体の導電率をそれぞれ表す。分極率は、媒体の分子が電界の下でいかに適切に分極するかを示す。誘電率の異なる実数部分を持つ2つの相互に不混和性の液体の場合、電界が界面中を通過する間に二つの液体の界面上に誘電力が引き起こされる。誘電力は、電気エネルギーεε0E2の勾配から生じる。ここでεは誘電率の実数部分で、Eは二つの液体の界面の電界強度である。したがって、二つの液体間の誘電率の実数部分の差によって、誘電力が引き起こされる。本発明の非導電性の液体は、σ/（ωεε0）<1として、理論的に定義できる。ここで、σは導電率、ωは角周波数、ε0は自由空間（真空）の誘電率である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、液滴の形状をコントロールするために誘電力が活用されており、これによってレンズの焦点距離が調節可能となっている。
本発明の場合、液滴には液晶、エーテル・ケトン、アルコールまたは、電界によって分極されうる任意の有機物質を材料に使用できる。液滴は、導電性である必要はない。その上、電界を発生させるための電極は本発明では液体と直接接触することは必要ない。このようにして、従来の技術における多くの難点が回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の利点および精神は、以下の添付図面とあわせてする説明によって理解されよう。
【００１３】
図2(A)は、本発明の第１の好ましい実施態様のレンズを示したものである。レンズ20は、非導電性液体の液滴（22Aと22B）および底部プレート24を具備する。曲線22Aおよび22Bはそれぞれ電界の影響がない場合と影響がある場合の液滴の形状を表す。底部プレート24は、第１の電極セット25を具備する。底部プレート24は液滴を配置するために使用される。第１の電極セット25は、液滴と第１の電極セット各々の間に第１の電位差を造り出すため、第１の電極セット25に個別的に選択してバイアスをかけることが可能なように配置されている。非導電性液体の液滴の形状は、誘電力によって変形され、それによってレンズの焦点距離を変える。すなわち、レンズの焦点距離は、電界の分布をコントロールすることによって調節可能になるのである。
【００１４】
誘電力による焦点距離の調節作用を改善するため、図2（B）に示すように、底部プレート24をさらに潤滑層26で被覆することができる。潤滑層26は、液滴と第１の電極セット25の間に配置されている。潤滑層26は、テフロン（登録商標）、ポリジメチル・シロキサン（PDMS）、厚膜フォトレジスト、パリレン、酸化ケイ素、または、任意の疎水性の物質で構成することができる。潤滑層26は液滴と底部プレート24の間の摩擦を引き下げるために使用される。
【００１５】
図2（C）は、図2(A)で示したレンズのもう一つの変更を図示したものである。更に、レンズ20は上部プレート27を具備する。上部プレート27は、液滴と第2の電極セット28各々の間に第2の電位差を造り出すため、第2の電極セット28に個別的に選択してバイアスをかけることができるよう配置された第2の電極セット28を具備する。液滴の形状は、誘電力によって変形され、それによってレンズの焦点距離を変える。誘電力は電界が印加されている間の誘電率の実数部分の差によって引き起こされる。電界の強さは、第2の電極セット28と第１の電極セット25の間の電位差によってコントロールされる。非導電性液体の液滴の形状は、印加電圧によって電気的に調節される。
【００１６】
図3は、本発明の第2の好ましい実施態様のレンズを示したものである。 レンズ30は、液滴（32Aおよび32B）、底部プレート34および上部プレート37を具備する。曲線32Aおよび32Bはそれぞれ電界の影響がない場合と影響がある場合の液滴の形状を表す。第2および第１の実施態様の間の主な差は、底部プレート34が 液滴を配置するためだけに使用されるということにある。この実施態様においては、電界は電極38によって上部プレート37に作り出される。
【００１７】
図4は、本発明の第3の好ましい実施態様のレンズ40を示したものである。レンズ40は、チャンバ42、第１の液体44および第2の液体46の液滴を具備する。第１の液体44および第2の液体46の液滴はともにチャンバ42内に配置されている。
【００１８】
第１の液体44および第2の液体46の液滴は、非導電性の液体である。第１の液体44は第１の誘電率を有し、第2の液体46の液滴は第2の誘電率を有する。第１の誘電率と第2の誘電率は、等しくない。この実施態様において、第１の液体44と第2の液体46は、相互に不混和性である。したがって、第１の液体44と第2の液体46の液滴の間に界面45が形成される。
【００１９】
レンズ40は、第3の電極セット48を具備する。第3の電極セット48は、界面45を通して電界を発生させるため第3の電極セット48に選択的にバイアスがかけられるように配置されている。電界を変えることによって、界面45は誘電力によって変形することが可能になる。このように界面45の形状が調節可能であり、したがってレンズの焦点距離は調節可能である。
【００２０】
図5は、電極の可能な配列形をいくつか示したものである。実際に応用する場合、第1の電極25、第2の電極28および第3の電極48は、図5(A)で示す行列の形、図5（B）で示す同心円、または、図5（C）で示す円の形で配置することが可能である。第3の電極48は、また図4で示すように、平行に配置することも可能である。液滴の形状をコントロールする効果が得られる限り、本発明の実施態様ではこれ以外の電極の配置形態を適用することも可能である。
【００２１】
本発明の調節可能な焦点距離を持つレンズは効果的な調節方法を提供するものである。本発明の電極は直接液滴に接触しないので、本発明における電流は従来の技術における電流より電位的に低くなっている。さらにまた、本発明によれば、従来の技術の場合のジュール加熱と電気分解の問題を回避することができる。
【００２２】
上記の実例と説明によって、本発明の機能と精神が適切に記述できたものと考える。当業者は、本発明の教示するところを維持しながら、数多くの改造および変更を装置に行うことが可能なことにすぐに気がつくことであろう。したがって、上記の開示は添付クレームの境界によってのみ制約されるものと解釈さるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】エレクトロウェッティング効果によって調節される液体レンズを図示したものである。
【図２Ａ】第１の好ましい実施態様である本発明のレンズを図示したものである。
【図２Ｂ】は、第１の好ましい実施態様に潤滑層が更にどのように含まれているかを示している。
【図２Ｃ】第１の好ましい実施態様に上部プレートが更にどのように含まれているかを示している。
【図３】第２の好ましい実施態様である本発明のレンズを図示したものである。
【図４】第３の好ましい実施態様である本発明のレンズを図示したものである。
【図５Ａ】可能な電極の配列形を示したものである。
【図５Ｂ】可能な電極の配列形を示したものである。
【図５Ｃ】可能な電極の配列形を示したものである。
【符号の説明】
【００２４】
２０    レンズ
２２Ａ、２２Ｂ  液滴
２４    底部プレート
２５    第１の電極セット
２６    潤滑層
２７    上部プレー
２８    第２の電極セット
３０    レンズ
３２Ａ、３２Ｂ  液滴
３４    底部プレート
３７    上部プレー
４０    レンズ
４２    チャンバ
４４    第１の液体
４５    界面
４６    第２の液体
【図１】
2007086786.tif 000003
【図２Ａ】
2007086786.tif 000004
【図２Ｂ】
2007086786.tif 000005
【図２Ｃ】
2007086786.tif 000006
【図３】
2007086786.tif 000007
【図４】
2007086786.tif 000008
【図５Ａ】
2007086786.tif 000009
【図５Ｂ】
2007086786.tif 000010
【図５Ｃ】
2007086786.tif 000011
【外国語明細書】
TITLE OF INVENTION
Lens with Adjustable focal length
BACKGROUND OF the INVENTION
1. Field of the invention
This invention is related to a lens used in an optical system and, more particularly, to a lens with an adjustable focal length.
2. Description of the prior art
Generally, focal length tuning lenses in optical systems can be categorized into two types: mechanical tuning lenses and electrical tuning lenses.  In mechanical tuning lenses, the tuning function is achieved by a motor which moves lenses forward or backward; thus, a large volume and high power consumption are required for movable lenses.
In prior arts, an electrical tuning lens adjusts its focal length by deforming the profile of a liquid with electrowetting mechanisms.  The liquids in an electrical tuning lens generally include a conductive liquid and an insulating liquid.  The profile of the conductive liquid can be electrically changed by electrowetting mechanisms, so that a variable focal length of the lens is obtained.
The patent, US 6,545,815, discloses an adjustable liquid lens with the assistance of electrowetting mechanisms.  FIG. 1 illustrates a liquid lens 10 proposed in this prior art.  In this patent, a conductive liquid droplet 11 is disposed on an insulating layer 12 that also functions as a lubricating layer.  A control electrode 15 is located under the insulating layer 12.  A droplet electrode 16 directly contacts with the conductive liquid droplet 11.  The voltage difference between the control electrode 15 and the droplet electrode 16 induces electrowetting effect to deform the profile of the conductive liquid droplet 11.  The focal length of the liquid lens 10 is adjusted while the profile of the conductive liquid droplet 11 is electrically deformed.
Lenses utilizing electrowetting mechanisms in prior arts have disadvantages due to the fact that the conductive liquid is made of electrolyte.  For instance, the conductive liquid droplet 11 contacts directly with the droplet electrode 16 that induces high electric currents.  Electrolysis occurs in the conductive liquid droplet 11 due to the electric currents.  In addition, the conductive liquid droplet 11 is heated due to the electric fields provided by the voltage difference.  This effect is named as Joule heating.
SUMMARY OF the INVENTION
To solve the aforementioned problems, this invention provides a lens with an adjustable focal length using dielectric forces instead of electrowetting mechanisms.  Dielectric forces are generated under external electric fields due to the difference of the dielectric constants between two non-conductive media (e.g. liquid, gas, and solid).  Distinct to the conductive liquid used in the electrowetting method, the liquids used in the dielectric force method are non-conductive.
One preferred embodiment, according to this invention, is a lens including a non-conductive liquid droplet.  The non-conductive liquid droplet is placed on a bottom plate that includes a set of first electrodes.  The set of first electrodes is disposed in such a way that the set of first electrodes are capable of being selectively biased to respectively create a first voltage potential difference between the liquid droplet and each of the set of first electrodes.  The dielectric constants of the liquid droplet and the medium surrounding the droplet (e.g. air or other liquids) are different.  Dielectric forces are induced by the difference of the dielectric constants while the first voltage potential differences are applied.  The profile of the non-conductive liquid droplet is deformed by the dielectric forces and thereby causes a change of the focal length of the lens.
The other preferred embodiment, according to this invention, is a lens including a chamber and a set of electrodes.  The chamber is filled with a first liquid and a droplet of a second liquid.  The first liquid and the second liquid are immiscible to each other.  Both of the liquids are non-conductive, and their dielectric constants are different.  The interface between the first liquid and the droplet of the second liquid (i.e. surface profile of the liquid droplet) is deformable by electric fields provided by the set of electrodes.  The focal length of the lens is accordingly adjustable by deforming the interface.
The advantage and spirit of the invention may be understood by the following recitations together with the appended drawings.
BRIEF DESCRIPTION OF THE APPENDED DRAWINGS
FIG. 1 illustrates a liquid lens adjusted by electrowetting effects.
FIG. 2(A) illustrates a lens in the first preferred embodiment according to this invention.
FIG. 2(B) shows how the first preferred embodiment further includes a lubricating layer.
FIG. 2(C) shows how the first preferred embodiment further includes an upper plate.
FIG. 3 illustrates a lens in the second preferred embodiment according to this invention.
FIG. 4 illustrates a lens in the third preferred embodiment according to this invention.
FIG. 5 shows several possible disposition forms of electrodes.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One main purpose of this invention is to provide a lens with an adjustable focal length.
Each medium (e.g. liquid) has specific dielectric properties, particularly a specific dielectric constant.  One dielectric constant consists of a real part and an imaginary part.  The real part and the imaginary part represent polarizability and the conductivity of the liquid, respectively.  The polarizability indicates how well molecules in the medium are polarized under electric fields.  In a case of two immiscible liquids with different real parts of the dielectric constants, the dielectric forces are induced on the interface of the two liquids while electric fields pass through the interface.  The dielectric forces result from the gradient of the electric energy εε0E2 where ε is the real part of the dielectric constant, and E is the electric field strength on the interface of the two liquids.  Hence, the difference of the real part of dielectric constants between the two liquids induces the dielectric forces.  Non-conductive liquid in this invention can be theoretically defined as σ/(ωεε0)<1, where σ is conductivity, ω is angular frequency, and ε0 is permittivity of free space (vacuum).
In this invention, dielectric forces are utilized to control the shape of a liquid droplet; thus, the focal length of a lens is adjustable.  According to this invention, the liquid droplet can be liquid crystal, ether ketone, alcohol, or any organic material capable of being polarized by an electric field.  The liquid droplet does not have to be conductive.  Besides, electrodes for generating electric fields are not required to directly contact with the liquids in this invention.  Many disadvantages in prior arts are avoided accordingly.
Referring to FIG. 2(A), it illustrates a lens in the first preferred embodiment according to this invention.  The lens 20 includes a non-conductive liquid droplet (22A and 22B) and a bottom plate 24.  The curves 22A and 22B represents the profile of the droplet without and with the influence of electric fields, respectively.  The bottom plate 24 includes a set of first electrodes 25.  The bottom plate 24 is used to place the liquid droplet.  The set of first electrodes 25 is disposed in such a way that the set of first electrodes 25 can be selectively biased to respectively create a first voltage potential difference between the liquid droplet and each of the set of first electrodes.  The profile of the non-conductive liquid droplet is deformed by dielectric forces and accordingly causes a change in the focal length of the lens.  That is to say, the focal length of the lens can be adjusted through controlling the distribution of the electric fields.
To improve the tuning effect of the focal length by dielectric forces, the bottom plate 24 can be further coated with a lubricating layer 26 as shown in FIG. 2(B).  The lubricating layer 26 is disposed between the liquid droplet and the set of first electrodes 25.  The lubricating layer 26 can be Teflon, polydimethyl siloxane (PDMS), thick film photo-resist, parylene, silicon oxide, or any hydrophobic material.  The lubricating layer 26 is used to reduce the friction between the droplet and the bottom plate 24.
FIG. 2(C) illustrates another modification of the lens shown in FIG. 2(A).  In addition, the lens 20 includes an upper plate 27.  The upper plate 27 includes a set of second electrodes 28 disposed in such a way that the set of second electrodes 28 may be selectively biased to respectively create a second voltage potential difference between the liquid droplet and each of the set of second electrodes 28.  The profile of the liquid droplet is deformed by dielectric forces and accordingly causes a change in the focal length of the lens.  Dielectric forces are induced by the difference of the real parts of the dielectric constants while electric fields are applied.  The strength of the electric fields is controlled by the difference of voltage potentials between the set of second electrodes 28 and the set of first electrodes 25.  The profile of the non-conductive liquid droplet is adjusted electrically by the applied voltages.
Referring to FIG. 3, it illustrates a lens in the second preferred embodiment according to this invention.  The lens 30 includes a droplet (32A and 32B), a bottom plate 34, and an upper plate 37.  The curves 32A and 32B represents the profile of the droplet without and with the influence of electric fields, respectively.  The main difference between the second and first embodiments is that the bottom plate 34 is only used for placing the liquid droplet.  In this embodiment, the electric fields are provided by the electrodes 38 at the upper plate 37.
Referring to FIG. 4, it illustrates a lens 40 in the third preferred embodiment according to this invention.  The lens 40 includes a chamber 42, a first liquid 44, and a droplet of a second liquid 46.  The first liquid 44 and the droplet of the second liquid 46 are both disposed in the chamber 42.
The first liquid 44 and the droplet of the second liquid 46 are non-conductive liquids.  The first liquid 44 has a first dielectric constant; the droplet of the second liquid 46 has a second dielectric constant.  The first and the second dielectric constants are unequal.  In this embodiment, the first liquid 44 and the second liquid 46 are immiscible to each other.  Hence, an interface 45 between the first liquid 44 and the droplet of the second liquid 46 is formed.
The lens 40 includes a set of third electrodes 48.  The set of third electrodes 48 is disposed in such a way that the set of third electrodes 48 may be selectively biased to generate electric fields passing through the interface 45.  By changing the electric fields, the interface 45 can be deformed by dielectric forces.  In this way, the profile of the interface 45 can be adjusted and the focal length of the lens is accordingly adjustable.
Referring to FIG. 5, it shows several possibilities of disposition forms of the electrodes.  In actual applications, the first electrodes 25, the second electrodes 28, and the third electrodes 48 can be disposed in the form of a matrix as shown in FIG. 5(A), a concentric circle as shown in FIG. 5(B), or a circle as shown in FIG. 5(C).  The third electrodes 48 can also be disposed in parallel, as shown in FIG. 4.  As long as the effect of controlling the profile of the liquid droplet can be achieved, other disposition forms of the electrodes can be applied in the embodiments of this invention.
The lenses with adjustable focal lengths according to this invention provide an effective tuning method.  Because the electrodes in this invention do not directly contact the liquid droplet, the electric current in this invention is potentially lower than that of prior arts.  Furthermore, this invention avoids the problems of Joule heating and electrolysis in prior arts.
With the example and explanations above, the features and spirits of the invention will be hopefully well described.  Those skilled in the art will readily observe that numerous modifications and alterations of the device may be made while retaining the teaching of the invention.  Accordingly, the above disclosure should be construed as limited only by the metes and bounds of the appended claims.
What is claimed is:
1. A lens device comprising:
a non-conductive liquid droplet; and
a bottom plate comprising a set of first electrodes, the bottom plate being used for placing the liquid droplet, the set of first electrodes being disposed in such a way that the set of first electrodes are capable of being selectively biased to respectively create a first voltage potential difference between the liquid droplet and each of the set of first electrodes,
whereby the profile of the non-conductive liquid droplet is adjustable by adjusting the first voltage potential differences between the liquid droplet and each of the set of first electrodes.
2. The lens device of claim 1, wherein the bottom plate further comprises:
a lubricating layer disposed between the liquid droplet and the set of first electrodes.
3. The lens device of claim 2, wherein the set of first electrodes are disposed within the lubricating layer.
4. The lens device of claim 2, wherein the lubricating layer comprises at least one of the following: Teflon, polydimethyl siloxane (PDMS), thick film photo-resist, parylene, silicon oxide, or an insulating material.
5. The lens device of claim 1, said lens device further comprising:
an upper plate comprising a set of second electrodes, the set of second electrodes being disposed in such a way that said set of second electrodes are capable of being selectively biased to respectively create a second voltage potential difference between the liquid droplet and each of the set of second electrodes.
6. The lens device of claim 1, wherein the liquid droplet comprises at least one of the following: liquid crystal, ether, ketone, alcohol, and an organic material capable of being polarized by an electric field.
7. The lens device of claim 1, wherein the set of first electrodes are disposed in the form of a circle, a matrix, or a concentric circle.
8. A lens device comprising:
a chamber filled with a first liquid and a droplet of a second liquid, the first liquid and the second liquid being immiscible to each other, the first liquid and the second liquid being non-conductive; and 
a set of electrodes for generating an electric field, an interface between the first liquid and the droplet of the second liquid being adjustable by controlling the electric field.
9. The lens device of claim 8, said lens device further comprising:
a lubricating layer disposed between the first liquid, the droplet of the second liquid, and the set of electrodes.
10. The lens device of claim 9, wherein the lubricating layer comprises at least one of the following: Teflon, polydimethyl siloxane (PDMS), thick film photo-resist, parylene, silicon oxide, or an insulating material.
11. The lens device of claim 8, wherein the first liquid comprises at least one of the following: liquid crystal, ether, ketone, alcohol, and an organic material capable of being polarized by an electric field.
12. The lens device of claim 8, wherein the set of electrodes are disposed in the form of a circle, a matrix, or a concentric circle.
ABSTRACT
A lens device with an adjustable focal length is provided.  The lens device includes a non-conductive liquid droplet, which is surrounded by air or immiscible liquids.  The non-conductive liquid droplet is placed on a bottom plate.  The bottom plate includes a set of first electrodes.  The set of first electrodes is disposed in such a way that the set of first electrodes are capable of being selectively biased to respectively create a first voltage potential difference between the liquid droplet and each of the set of first electrodes.  With the first voltage potential differences, a dielectric force is induced, and the profile of the non-conductive liquid droplet is adjustable.  Thus, the focal length of the lens is adjustable.
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