- 液晶レンズ (Liquid Crystal Lens) は，本研究所代表の佐藤が1974年に秋田大学に助教授として赴任した直後，上司の教授から「知人が白内障になり『遠・中・近・他』の複数のメガネが必要で日常生活に多大な不便を強いられている。液晶を使うことでこれらの問題を解消することができないものか」と尋ねられたことが切っ掛けとなり，一つのメガネで全てに対応できる焦点距離可変の液晶レンズを実現することを目指した研究が始まった。
- 当時は赴任直後ということで研究設備は何も無く，薄膜の作製や電極の加工などはもとより液晶セルを作ることさえもできない状況であったが，印加電圧により液晶の実効的な屈折率を可変できるという効果を利用すれば焦点距離を変えることが可能なレンズを構成できるという着想が得られた。その方法は，多数の電極にそれぞれ電圧を加えて屈折率の分布を変えるような当時の研究室の状況では到底実現できそうもなかったものではなく，ごく単純にレンズ状の空間に液晶を入れて液晶層全体の屈折率を同時に変えることで焦点距離を可変するというものであった。
- 次の年になり，少しずつ実験ができるようになって来たが、まだレンズのような曲面に透明電極を付けることなどは不可能であった。しかし，レンズの曲面を直線で近似したくさび（プリズム）形状の液晶セルなら手持ちの透明電極を付けたガラス板を使って作ることができるので，まずはその特性を把握することとし，1975年度の卒業研究のテーマとして取り上げた。この実験によって液晶プリズムによる光偏向効果を確認し，論文として発表することができた(佐藤進，菊池明，"ネマチック液晶セルによる光偏向", 応用物理 (1976))。
- 液晶プリズムが動作したので，次に内面にネサ(NESA)膜と呼ばれた酸化スズから成る透明導電膜を付けた平凹レンズ（又は平凸レンズ）と対向する側の透明電極付きのガラス基板との間に液晶を入れ，液晶層が凸レンズ（又は凹レンズ）の形状をした液晶セルを作製した。この両電極間に電圧を加えることで焦点可変効果を示す液晶レンズを世界で初めて実証することができた。その研究成果は1978年に学会で発表し(佐藤進："液晶セルによる焦点可変レンズ"，第４回液晶討論会講演予稿集，3S12 (1978.10)），また1979年に論文として印刷発表した(S.Sato: "Liquid-Crystal Lens-Cells with Variable Focal Length" (1979))。
ほぼ同じ頃に同様の構造の液晶レンズの特許（USP 4037929, 4190333）が出願されているが，実験結果を伴った学術論文としては前出の論文以前に発表されたものは無いようである。 - この最初の論文に掲載されている液晶レンズの構造及び焦点距離可変特性を下図に示した。レンズの形状をした液晶層に電圧を加えると，電圧が０の時は電極に平行に配向していた液晶分子が電界の方向（垂直）に配向することで見かけの屈折率が小さくなり，液晶層が凸レンズ状の場合には焦点距離が電圧と共に長くなり，高い電圧で一定の値となることが分かる。
- また下図に示したように，このような液晶レンズの前に偏光方向を90度変えることができるTN液晶セルを配置することで，焦点距離を液晶分子の配向方向に偏光した入射光に対応するfeから直交した偏光に対応するfoまで切り替えられるデバイスを構成することもできる（前出の1979年の論文）。
- 液晶レンズの応用として，液晶レンズを取り付けたカメラを使って撮像を行ってみた（佐藤進：焦点距離可変ネマチック液晶レンズセル，電子通信学会・技術研究報告電子デバイス，ED-79-30 (1979.6)）。
（Ⅲ「液晶レンズの撮像デバイスへの応用」へ）
- さらに，液晶層の形状を球面の一部を細かく折り返した構造のフレネルレンズ形状とすることで実効的に薄くして応答特性の改善を図るとともに，液晶分子の配向方向が互いに９０度異なる２組の液晶レンズを組み合わせることで偏光に依存しない「自然光対応の液晶レンズ」を作製した。
- このようなフレネル構造の液晶レンズを用いて秋田大学医学部眼科学研究室と共同で白内障患者への対応を試みた結果も報告している（酒井文明，高橋久志，内山博之，佐藤進：焦点距離可変液晶レンズ，日本眼光学学会誌 (1988))。
- 液晶層がレンズのような形状をした液晶レンズでは，大きな電圧を印加した焦点距離が最長の場合，及び電圧０Ｖでの焦点距離が最短の場合での光学特性は良好であったが，その中間の電圧を加えて焦点距離を調整した場合の光学特性があまり良くないのが難点であった。また，基板面が曲面になっているので，電界による液晶分子の傾きの方向が逆になる個所があるため分子配向が不連続となるディスクリネーションが生じやすく，特性が劣化することが多いなどの問題があった。さらに，1980年代になると白内障の患者に眼内レンズを使うことで比較的良好な視力が回復するようになり，この種のメガネへの期待が小さくなって来たこともあって，特性のさらなる向上を目指して新しい構造の液晶レンズの研究へと研究範囲を広げることにした。
（Ⅵ (５)「自然光対応の液晶レンズ」へ） （Ⅵ (５)「その他のフレネル」へ）
Ⅱ 不均一電界による分子配向効果を利用した液晶シリンダーレンズと液晶マイクロレンズ
- 当時は，ガラス細線(またはガラス棒）の中に実効的な屈折率が放物面状に分布した構造を形成することでレンズ効果を示す収束性光ファイバや，ガラス基板内にそれぞれが同じ放物面状の屈折率分布を有する微細なレンズを多数配列したマイクロレンズアレイなどが作られていた。このような平行平面構造で屈折率が中心から放物面状に変化しているレンズはGRIN(Graded Index，またはGradient Index)レンズと呼ばれていた。そこで，液晶を使うことで電圧により焦点距離を可変できるGRINレンズ（アレイ）を実現できるのではないかと考え，不均一な電界による液晶分子の配向について1982年度の卒業研究のテーマに設定し研究を開始した。まず初めに，下左側図のように片側の基板面の電極の一部を除去した構成の液晶セルを作製し，入射光に対する透過光強度の分布特性の測定を行ってみた。電圧を加えないときは入射光はそのまま透過するが，電圧を加えると電極端付近での不均一電界による液晶分子の配向効果により電極端から次第に実効的な屈折率が大きくなるような分布が形成される結果として，入射光は右図のように右側に偏向することが確かめられ，これらの結果を応用物理学会で発表した（佐藤孝生，佐藤進：“不均一電界における液晶セルの光学的特性”，第45回応用物理学会学術講演会予稿集，14a-D-5 (1984)）。
(１) 不均一電界による分子配向効果
- 前節で説明した効果を利用して，片側（両側の基板でもよい：その場合は対称型となる）の基板面の電極をある間隔をあけて平行になるように配置することで液晶シリンダー（かまぼこ型：円筒形）レンズができる。この研究を始めた頃は，このようなシリンダーレンズの応用がほとんど無かったが，電界による液晶分子の配向と光学特性について解析を行うことが次に説明する円形の開口部を設けたマイクロレンズに比べると容易なので，シリンダーレンズの研究を行った。なお，最近の３次元表示装置の発展に対応して，通常の２次元表示と３次元表示間の切り替えなどに液晶マイクロレンズや液晶シリンダーレンズなどが応用され始めている。
- 液晶シリンダーレンズを等間隔に多数並べると，液晶回折格子ができる。液晶回折格子では，透過光の偏向角や強度のみならず光学位相も変えることができ，液晶分子の配向を調整することで，４５度ねじれや９０度ねじれ（ＴＮ）という特殊な光学特性を持つ液晶回折格子なども構成できる。さらに，加える電圧によりこれらの特性を可変できるという特徴がある。液晶分子の配向の変化に伴って生じた回折光の偏光状態の変化について詳細に調べた論文も発表した。近年，液晶回折格子の研究が盛んになりつつあるので，２０年以上も前に行ったこれらの研究に光が当たることを期待し，今後の展開が楽しみである。
(２) 屈折率分布による液晶シリンダーレンズと液晶回折格子
- 前記のシリンダー（かまぼこ型：円筒型）レンズの平行型の電極を丸くすることで，電極面に円形孔型の開口部を設けた液晶セルを作製した。この液晶セルでは，軸対称の不均一電界による液晶分子の配向効果に基づく屈折率分布が形成されるので凸レンズ効果を得ることができた（液晶マイクロレンズの論文：T.Nose and S.Sato:"Liquid-Crystal Microlens obtained with a Nonuniform Electric Field" (1989)）。
- さらに両側基板面に同一の口径の孔型開口部を形成した対称基板構造の液晶セルを作製したところ，極めて良好で収差が小さいレンズ効果を得ることができた（対称構造液晶マイクロレンズの論文：T.Nose, S.Masuda and S.Sato: "A Liquid Crystal Microlens with Hole-Patterned Electrodes on Both Substrates" (1992). ）。この構造の液晶レンズにおける電界分布特性と液晶分子配向のモデルを下図に示す。また，電界による液晶分子の配向効果に基づく屈折率分布に対応した光学位相差分布特性も下図に示したが，良好な放物線（２次曲線）状の位相差分布特性となっていることが分かる。この対称構造のレンズを多数配列したレンズアレイ構造の液晶セルを使って撮影した写真も併せて示したが、このような液晶マイクロレンズアレイを使うことで，焦点の調節が可能な複眼レンズを容易に構成することができる。
- なお，近年では青色発光ダイオード等の開発に伴い，白色発光ダイオードが照明等に広く利用されるようになってきたが，液晶マイクロレンズを多数配置した（マイクロレンズアレイ）構造では，焦点距離がきわめて短いことで入射光の集光・発散効果が生じる。最近，この効果を利用して発光ダイオードの照明光を拡散・偏向など自由にコントロールできるような機能を持つデバイスも試みられつつある。
- このタイプの液晶レンズでは，構成要件に依存することもあるが良好なレンズ特性を得るためには，一般に基板面に形成した円形開口部の径（シリンダー型では電極の間隔）と液晶層の厚みとの間に，両側基板面に同一の開口部を形成した対称型では２～３対１，片側にだけ開口部を形成した場合には～５対１という条件があることが確認されている。一方，液晶層が厚くなると液晶分子の揺らぎ等に起因する白濁効果などが生じるため，液晶層の厚みは～１００μｍ程度が限界となる。したがって，開口部の径は数１００μｍ程度とｍｍ以下に制限されることになる。１ｍｍ以下の単位はマイクロメートル（μｍ）なので，このように開口径（幅）が小さな液晶レンズを液晶マイクロレンズと呼ぶことにした。
- 以上のように，液晶マイクロレンズや液晶シリンダーレンズ，さらには液晶回折格子等の研究が進んだが，これらの光学デバイスではレンズ等の開口部が極めて小さいこともあって特に液晶マイクロレンズの応用は限られており，液晶レンズのレンズ径すなわち開口部を大きくすることが次の課題となった。
(３) 屈折率分布による液晶マイクロレンズ
Ⅲ 液晶レンズの口径の拡大
- 液晶マイクロレンズの構造で液晶層の厚みを一定として電極に設けた開口径を大きくすると，軸対称の不均一な電界が電極端にのみ集中して開口部の中心付近まで届かないことがレンズの口径を制限している要因であった。そこで，下図のように開口部を含む電極を液晶層に対して距離を置くこと，つまり液晶層と電極の間に絶縁層を挿入することで液晶レンズの開口径を拡大することが可能となり，ｍｍ～ｃｍ程度の口径が大きな液晶レンズを作製することができた。
さらに，電極面に設けた円形の孔型開口部に第３の電極を設置し，この電極に独立した電圧を加える２電圧駆動方式により，凸～凹の広範囲の焦点距離において良好なレンズ特性が得られる液晶レンズを作ることもできまた。
- この絶縁層を有する２電圧駆動の液晶レンズは種々の収差が小さく，優れた光学特性を持っているので，小型デジタルカメラ等の撮像装置のオートフォーカスや光ディスク等における収差補正素子への応用等が考えられた。小型カメラのレンズの前に液晶レンズを付けた構成及び解像度を示すチャートの撮像例を下図に示した。
（撮像デバイスにおける焦点調節へ）
一方，良好なレンズ特性を得るためには絶縁層の厚みがレンズの口径の数分の一程度必要であるという条件が有ることから，良好な光学特性を持つレンズでは印加電圧の大部分が絶縁層に加わることで駆動電圧が高くなってしまうこと，特に大口径の液晶レンズでは高電圧駆動となることなどが大きな欠点であった。そこで，凸～凹の広い焦点可変範囲で良好な光学特性を保持し，低電圧で駆動できる液晶レンズの研究を始めた。
「液晶レンズの撮像デバイスへの応用」
Ⅳ 液晶レンズの低電圧駆動
- 絶縁層として通常のガラスの誘電率よりも大きな材料を使うことで，駆動電圧を下げることができる。一方，絶縁層が薄くなっても軸対称の不均一電界が開口部の中心付近まで届くようにするために，下図のように絶縁層と液晶層の間に透明な高抵抗層を設けることで，液晶層に加わる電界が電極端部から中心部まで滑らかに変化するような分布を構成することができた。
- 高抵抗層として，初めは液体のグリセリンを使っていたが，取り扱いが難しいため，次に導電性微粒子の分散系塗布膜へと進み，最終的には酸化亜鉛系のスパッタリング薄膜を使うことで，種々の問題点を解決することができた。
- なお，電極の円形の開口部に直接抵抗膜を付けることで軸対称の電界分布による光学位相差分布特性を形成し，液晶レンズを構成する方法がA. F. Naumovらによって報告されていたが，私どもの研究で使用している高抵抗層は電極と直接接続していないことが特徴である。
- 前記のように絶遠層を介して電極と直接接続していない高抵抗層を設けるという私どもが提案した構造により，これまで問題であった駆動電圧の低電圧化が可能となり，数ボルト以下の低電圧駆動により凸レンズから凹レンズまで広い範囲で焦点距離を連続的に可変でき，且つ収差が小さく解像度の高い液晶レンズを作製することができた。
- 前に示したように小型カメラのレンズの前に液晶レンズを配置すると，液晶レンズに加える電圧を調整するだけでレンズの移動なしに焦点位置を可変調節し，ピントが合った画像を得ることができる。つまり，液晶レンズは撮像デバイスにおける焦点調節などへ応用することができる。低電圧駆動の液晶レンズを小型カメラの前に装着して撮影した画像を下図に示した。凸レンズ状態では手前の被写体に，凹レンズ状態では奥の被写体に焦点が合っていることが分かる。
（元に戻る）
- なお，液晶レンズを撮像デバイスとして使用する場合には，収差が少ないことが重要である。液晶レンズにおける種々の収差特性については，前節で説明した絶縁層を有する２電圧駆動の液晶レンズにおける各種の収差特性に関する発表論文が有るが，高抵抗膜を用いた低電圧駆動の液晶レンズにおける収差特性を詳細に調べた論文発表も行っている。
Ⅴ 液晶レンズの動作と液晶の屈折率・複屈折及び液晶層の厚みとの関係
- 液晶レンズの焦点距離をどれだけ可変できるかという性能は「レンズパワー」の可変範囲で示される。ここで，「レンズパワー」とは焦点距離の逆数に対応するもので、単位は「ジオプトリ」または「焦点距離を（ｍ）で記述した値の逆数」で与えられる。
実効的な屈折率が軸対称状に分布している液晶の可変可能なレンズパワーの最大値は，以下の式に示すように液晶層の厚み及び液晶の複屈折の値に比例し，開口径（レンズの口径）の２乗に逆比例するという関係が有る。
可変レンズパワー ∝ 液晶層厚 ∝ 複屈折⊿ｎ ∝ 1/(レンズの口径)2
たとえば直径（口径）が２ｍｍで液晶層の厚みが３０μｍ（ミクロン）の寸法の液晶レンズで，複屈折が0.2の液晶を使った場合にはレンズパワーの最大値が１２ジオプトリ程度になる。しかし，実際には収差が小さく良好な特性が得られる範囲は約５ジオプトリと最大値の４０％以下の値になっている。液晶デバイスの応答特性は液晶層の厚みの２乗に比例して遅くなり，また液晶層が厚くなるにしたがって液晶の散乱（白濁）が大きくなるので，むやみに液晶層を厚くすることはできない。したがって，レンズパワー（焦点距離）の可変範囲を広くするためには，複屈折が大きな液晶材料が必要になる。私どもは液晶材料の屈折率や複屈折及びその波長分散等を精度よく測定する方法として，プリズム面に配向処理を行ったアッベ屈折計による液晶の屈折率・複屈折の測定という手法を考案し，様々な液晶の特性を測定してみた。また，偏光の状態を記述するストークスパラメータを用いて液晶層を透過した光の偏光状態を詳細に測定することで，液晶の複屈折，液晶層の厚み，液晶分子配向のねじれ等の重要なパラメータを二次元で測定し表示できる方法，も開発した。これらの方法は液晶の屈折率や液晶ディスプレイパネルのパラメータ等を測定する場合に実際に使われている。
Ⅵ 液晶レンズにおける液晶層の利用効率及びその改善法
- 前項で説明したように，ⅢやⅣに記載した２電圧駆動・軸対称の電界分布による分子配向効果を利用した液晶レンズでは，電界による可変可能な液晶層の複屈折すなわち光学位相差の値の４０％程度しか利用していないため，より大きな可変範囲を得るためには更なる利用効率の拡大が求められる。
- ここでは，まず初めに電界可変光学位相差の利用効率及び効率に関わる損失について説明する。下図は２電圧駆動の液晶レンズにおける典型的な光学位相差分布特性を示したもので，図において液晶レンズとして利用できる光学位相差は液晶層の光学位相差から「損失1」及び「損失２」を差し引いた分だけになる。ここで開口部内の電極に加える電圧V2を低くすることで「損失１」を減少できるが光学位相差分布の頂上領域が緩やかになりレンズとしての特性が悪化する。一方，「損失２」は駆動電圧V1を高くすることで小さくすることができるが、V1が高くなるとともに光学位相差分布特性が２乗特性から内側にずれてしまうためにレンズ特性が悪化する。したがって，２電圧駆動による液晶レンズにおいて良好なレンズ特性を有し且つ液晶層の利用効率を高くするためには，「損失１」及び「損失２」を低減することが課題である。
（１）液晶レンズにおける液晶層の利用効率
- 「損失２」を低減するために駆動電圧V1を高くし且つ光学位相差分布特性の「２乗特性から内側へのずれ」を補正する一方法として以下のような構造を考えてみた。すなわち，レンズ領域に対応する開口部内での高抵抗膜の抵抗値を内側では小さく周辺部では大きくした構成によって，可変可能な光学位相差分布の７０％程度までの効率の改善，すなわち可変可能なレンズパワーの増大が実現された。また，駆動電圧V2を加える開口部内の電極を周辺部と中心部に分割して、それぞれの電極に独立した電圧を加える方法などによっても前述の「２乗特性から内側へのずれ」を補正することができる。
（２）損失の低減法
- 前記の開口部内の電極の分割数をさらに多くして多数の輪帯状の電極を同心円状に配置し，液晶層に放物面状の屈折率分布が形成されるように所定の電圧を加える方法が有り，電圧の加え方により「損失１」や「損失２」を小さくすることができる。この軸対称の輪帯電極を用いる方法は古くから知られていたが，各輪帯電極に対応する液晶層における電位が一定となり屈折率分布が階段状となること，また輪帯電極間を絶縁するために設けるスリットにより電界分布が乱れて光学位相差が複雑な形状となるため良好なレンズ特性が得られないという難点があった。階段状等の屈折率分布やスリット部による屈折率分布の乱れを見掛け上滑らかにするためには膨大な数の輪帯電極が必要となり，各電極に所定の電圧を加えるための引き出し線や駆動電源も膨大な数となってしまうという実用上の問題が有った。
- P. J. Bos（米国）らのグループは高精細な加工法による多数の輪帯電極を有する液晶レンズを作製し，各電極間に絶縁層を介して絶縁された(floating)電極を設けることで電極間のスリットにより生じる電界の乱れを無くして高品質の特性を有する液晶レンズを構成しているが，電極直下の液晶層には電極幅に対応する一定の電圧が加わるため傾斜を含む階段状の屈折率分布特性となり，この影響を軽減するために多数の輪帯電極を配置している。
- 少ない輪帯電極で滑らかな屈折率（光学位相差）分布が得られる方法として，Ⅳで説明した電極と液晶層の間に絶縁層と高抵抗膜を配置する構造を提案し（佐藤他，２０１０年出願：特許第５９０６３６６号）， その有効性が実験により確認されている。
- 左下の図は輪帯電極構造の液晶セルにおける光学位相差（屈折率）分布特性を示したもので，各輪帯電極間を絶縁するために設けたスリットによる電界の乱れにともなって階段状を含む複雑な分布特性となっている。ここで輪帯電極群と液晶層の間に絶縁層を介して高抵抗膜を配置することで，右下の図に示したように滑らかな放物線状の光学位相差分布特性となり良好なレンズ特性を得ることができる。下図は複屈折Δｎが０.２の液晶を使い，液晶層の厚みを３０μｍとした場合の液晶レンズの特性のシミュレーション結果を示したもので，８０％以上の液晶層の利用効率が得られている。加える電圧を調整することで，利用効率を更に高くすることもできる。
（３）輪帯電極構造の液晶レンズ
（４）フレネル構造による大口径の液晶レンズ
- このような高抵抗膜を使用して滑らかな光学位相差分布特性を得る方法は，中心のレンズの光学位相差分布曲線を延長し，半径が２の平方根，３の平方根，４の平方根・・・毎に中心軸に平行に移動して全体として一つの光学位相差分布特性となるようにした「フレネル構造」とする場合には特に有効となる。
- たとえば，６本の輪帯電極を有する中心のレンズ部の外側に２重のフレネルレンズ部を加えた構造で，複屈折Δｎが０.２９８の液晶を使用し，液晶の液晶層の厚みが６０μｍ，中心のレンズの径が１８ｍｍ，全体の液晶レンズの径を約３１ｍｍとしてそれぞれの電極に所定の電圧を加えた場合にシミュレーションにより求めた光学位相差分布特性を下図に示した。ここで，中心のレンズ部とフレネル部及び各フレネル部間などで高抵抗層を分割することで各領域の特性を良好に保つことができる。左下の図は光学位相差分布特性を示したもので。右下の図は内側のフレネル部を液晶層の実効的な光学位相差の値だけ，中心のレンズ部をその２倍それぞれ中心軸に平行に移動することで全体を一つの位相差分布特性として表示したものである。シミュレーション結果に基づいて，直径が３０ｍｍ以上の大口径のフレネル型液晶レンズを作製し，その特性が報告している。
- なお液晶レンズではないが，輪帯電極の代わりに直線状の電極を６本配列し光学位相差分布特性が直線状となるような電圧を加えたユニットを下図のように折り返し，５段まとめて開口幅が２ｍｍのフレネル構造とした光通信波長帯における偏向デバイスを作製し，その特性（偏向角度～±１度）を報告した。
（５）その他のフレネル構造による大口径液晶レンズ
- なお，「フレネル構造の液晶レンズ」については，すでに（Ⅰ 液晶レンズの研究の始まり レンズ形状の液晶層を持つ液晶レンズの「液晶層をフレネル化」）で説明したが，最近他の研究機関等からも様々なフレネルレンズ構造の液晶レンズが報告されている。
- 前述のレンズ形状の液晶層を持つ液晶レンズは液晶材料にネマティック液晶を使用することで屈折率の連続可変効果を利用した焦点距離の連続的な調整ができるものであったが，「自然光に対応」するためには液晶の光学異方性を利用している他の構造の液晶レンズと同様に 液晶分子の配向方向が直交した２層の液晶レンズを重ね合わせる必要があった。液晶材料を分子配向がらせん捩じれ構造を持つコレステリック液晶に変えて，電圧を加えることでらせんねじれが解消し，コレステリック・ネマティックの相変化が生じて見掛けの屈折率が常光と異常光に対応する屈折率の平均値から常光に対応する屈折率に変化するという効果を利用する液晶レンズが作られている。この液晶レンズは１層の液晶層だけで自然光に対応できるという特徴があり，電圧のオン・オフにより焦点距離の遠近（長短）の切り替えを行うことがきる。
- G. Q. Li（米国）らは同心円状のリングを多数配列しフレネル構造とすることで回折効率を増した液晶レンズを作製している。この液晶レンズでも電圧を加えることで焦点距離の遠近の切り替えを行うことができる。
- 前記のP. J. Bos（米国）らのグループは，各々の輪帯電極間のスリットに対応する絶縁された電極を設けた中心の液晶レンズの外側に４段のフレネル構造を配置した口径が２０ｍｍの液晶レンズを作製している。
- 澁谷らは，片側の基板面にそれぞれが対となるリング状の電極を形成し，共通電極との間に高低の電圧を加えてそれぞれがフレネル部となるように多数配置した構造，すなわち前述のレンズ形状のフレネル型液晶層を持つ液晶フレネルレンズを屈折率分布型の平行平板構造に置き換えた構成とし，リング状の電極と液晶層との間に絶縁層を介して高抵抗層を備えた構造の直径３５ｍｍの大口径フレネル型液晶レンズを作製している。
- 前述の多数の輪帯電極を使用したフレネルレンズや各々の対電極が多数のフレネルレンズ部となる構造の液晶レンズは，それぞれ焦点距離を連続的に可変調整ができるという特徴が有る。
Ⅶ その他の液晶レンズ及び液晶レンズの応用
当研究所代表佐藤の主導により研究開発を行ったその他の構造の液晶レンズや液晶レンズの応用例など（一部他の研究者も含む）を以下に示す。
- 液晶レンズの円形の電極を分割することで偏向特性を付与した光偏向可能な液晶レンズ
- 楕円形の開口部を設けることで楕円形状のレンズを構成したアナモルフィック液晶レンズ
- レンズ形状の曲面構造基板と平行平面状の液晶層からなる曲面電極基板液晶レンズと曲面形状基板と平行平面構造液晶層からなる液晶レンズ
- 液晶分子配向が連続的に変化することでレンズ効果を持たせた分子配向効果による液晶レンズ
などがあるが
総合的な特性を比較すると，Ⅳで示した「高抵抗層を有する低電圧駆動液晶レンズ」が最も優れた特性を有している。
- 前に説明した光偏向可能な液晶レンズと集光レンズを用いることで，光ピンセットとして微粒子を光捕捉し前後・左右に移動することができる。また，分割した電極に左右対称で且つ異なる電圧を加えて楕円形状のレンズを構成し，楕円の長軸を回転することで光捕捉した微粒子を回転するなど，様々な動きを与える光ピンセットを実現することができる。
- 液晶レンズを使った光ピンセットに関する研究はG. D. Love（英国）らによっても行われており，同様に液晶によるアキシコンレンズ(axicon lens)の作製についても報告されている。
- これまで説明してきた液晶レンズは可視光の波長範囲で優れた特性を持っていたが、液晶は可視光のみならず近赤外から遠赤外線，更にはより波長が長く光波と電磁波の境界にあるテラヘルツ波やミリ波帯などでも使うことができる。下図に赤外線カットフィルターなしのカメラに液晶レンズを取り付けて撮影した近赤外線の波長での画像を示す（S. Sato, M. Ye, B. Wang, and S. Yanase: "Liquid Crystal Lens in Near-Infrared Imaging System", The 22nd International Liquid Crystal Conference (ILCC 2008), 1-APP35, p.78 (2008.6/29～7/4).）。また，これまでに波長が10ミクロン帯の赤外線からテラヘルツ波（サブミリ波）における液晶の屈折率及び複屈折特性，ミリ波帯における液晶の透過特性，ミリ波帯での液晶プリズムや，下図に示したミリ波帯での液晶レンズなどによるミリ波の偏向及び収束効果等の研究結果も発表している。
さらに，遠赤外線の波長域で透明な基板を用いて作製した液晶レンズのサーモグラフィカメラへの応用が試みられており，液晶レンズを利用した熱画像の検出が報告されている。
他の研究者による液晶レンズ
- S. T. Kowel, D. S. Cleverly, and P. G. Kornreich, “Focusing by electrical modulation of refraction in a liquid crystal cell,” Appl. Opt. 23, 278-289 (1984).
- N. A. Riza and M. C. DeJule, “Three-terminal adaptive nematic liquid-crystal lens device.” Opt. Lett. 19, 1013-1015 (1994).
- W. W. Chan and S. T. Kowel, “Imaging performance of the liquid-crystal-adaptive lens with conductive ladder meshing,” Appl. Opt. 36, 8958-8969 (1997).
- （抵抗膜を有する液晶レンズ） A. F. Naumov, M. Yu. Loktev, I. R. Guralnik, and G. Vdovin, “Liquid-crystal adaptive lenses with modal control,” Opt. Lett. 23, 992-994, (1998).
- A. Naumov, G. Love, M. Yu. Loktev, and F. Vladimirov, “Control optimization of spherical modal liquid crystal lenses,” Opt. Express 4(9), 344?352 (1999).
- M. Y. Loktev, V. N. Belopukhov, F. L. Vladimirov, G. V. Vdovin, G. D. Love, and A. F. Naumov, “Wave front control systems based on modal liquid crystal lenses,” Rev. Sci. Instrum. 71, 3290?3297 (2000).
- V. V. Presnyakov, K. E. Asatryan, T. Galstian, and A. Tork, “Tunable polymer-stabilized liquid crystal microlens,” Opt. Express 10, 865?870 (2002).
- H. Ren and S. T. Wu, “Tunable electronic lens using a gradient polymer network liquid crystal,” Appl. Phys. Lett. 82, 22-24 (2003).
- H. Ren, Y. H. Fan, and S. T. Wu, “Tunable Fresnel lens using nanoscale polymer-dispersed liquid crystals,” Appl. Phys. Lett. 83, 1515 (2003).
- V. V. Presnyakov and T. V. Galstian, “Electrically tunable polymer stabilized liquid-crystal lens,” J. Appl. Phys. 97, 103101 (2005).
- （回折効果を利用した液晶レンズ） G. Q. Li, D. L. Mathine, P. Valley, P. Ayras, J. N. Haddock, M. S. Giridhar, G. Williby, J. Schwiegerling, G. R. Meredith, B. Kippelen, S. Honkanen, and N. Peyghambarian, “Switchable electro-optic diffractive lens with high efficiency for ophthalmic applications,” Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 6100-6104 (2006).
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（以下作成途中）
他の研究機関においても液晶レンズに関わる研究開発が行われている。そのすべてを網羅することはできないが，1980年代から学術論文として発表されている主なものを紹介する。