従来のフレネル液晶レンズの外側リング帯域幅がリング数の増加に伴い急激に減少し、光学性能の低下と有効開口径の制限を引き起こす問題に対し、本研究では叉指電極に基づく同心円リング型フレネル液晶レンズ構造を提案する。各リングの駆動電圧を独立に制御することにより、外側リングの帯域幅を拡張する。駆動電圧は液晶の線形応答領域内に制御され、理論計算により各リング電圧が導関数連続条件を満たすようにして放物線的な電圧分布を実現した。直径2 mm、液晶層厚さ30 μm、リング帯域幅それぞれ0.4 mm、0.3 mm、0.3 mmの液晶レンズを実験的に作製した。最大光焦度が同等の二重バス電圧駆動構造と比較して、外側リングはそれぞれ5 μmおよび73 μm増加した。偏光干渉試験により、位相分布の放物線フィッティング精度は99%以上であり、正負レンズの最大位相変化はそれぞれ20.9πおよび22πで、理論値21.8πとほぼ一致した。光焦度は-9.7～10.1 Dの範囲で連続的に調整可能で、電圧差とほぼ線形関係を示した。撮像試験では、本構造のMTF50値が0.151 cycles/pixelで、従来の二重バス駆動構造の0.132 cycles/pixelより優れており、ズーム撮像が鮮明であった。結果として、本設計は外側リングの帯域幅を効果的に拡大し、高品質な放物面位相分布と優れた撮像性能を実現できることを示した。

光学部品;フレネル液晶レンズ;電極構造;位相分布