전통적인 프레넬 액정 렌즈의 외층 링 대역폭이 링 수의 증가에 따라 급격히 감소하여 광학 성능 저하와 유효 구경 제한 문제가 발생함에 따라, 본 연구에서는 교차 핑거 전극 기반 동심 원형 링 프레넬 액정 렌즈 구조를 제안한다. 각 링의 구동 전압을 독립적으로 제어하여 외층 링 대역폭을 확장하였다. 구동 전압은 액정의 선형 응답 영역 내에서 제어하며 이론 계산을 통해 각 링 전압이 도함수 연속 조건을 만족하도록 하여 포물면 전압 분포를 실현하였다. 직경 2 mm, 액정 층 두께 30 μm, 링 대역폭 각각 0.4 mm, 0.3 mm, 0.3 mm인 액정 렌즈를 실험적으로 제작하였다. 최대 광초점도를 갖는 이중 버스 전압 구동 구조에 비해 외층 링은 각각 5 μm와 73 μm 증가하였다. 편광 간섭 시험 결과 위상 분포의 포물선 적합도는 99% 이상이며, 양·음 렌즈의 최대 위상 변화는 각각 20.9π와 22π로 이론값 21.8π와 거의 일치하였다; 광초점도는 -9.7~10.1 D 내에서 연속적으로 조절 가능하며 전압 차와 거의 선형 관계를 보였다. 이미지 테스트에서는 이 구조의 MTF50 값이 0.151 cycles/pixel로 전통적인 이중 버스 구동 구조의 0.132 cycles/pixel보다 우수하며 줌 이미징이 선명하였다. 결과적으로 이 설계는 외층 링 대역폭을 효과적으로 확장하여 고품질의 포물면 위상 분포와 우수한 이미지 성능을 실현함을 보여준다.

광학 소자; 프레넬 액정 렌즈; 전극 구조; 위상 분포