應用於 AR 光導之高像質 VHOE 透鏡陣列：基於 VOHIL 模型之收縮預測、診斷與逆向波前補償技術;High Image Quality Vhoe Lens Arrays for Ar Lightguides: Shrinkage Prediction, Diagnosis, and Inverse Wavefront Compensation Based on Vohil Model

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題名:	應用於 AR 光導之高像質 VHOE 透鏡陣列：基於 VOHIL 模型之收縮預測、診斷與逆向波前補償技術;High Image Quality Vhoe Lens Arrays for Ar Lightguides: Shrinkage Prediction, Diagnosis, and Inverse Wavefront Compensation Based on Vohil Model
作者:	余業緯
貢獻者:	國立中央大學光電科學與工程學系
關鍵詞:	擴增實境;體積全像光學元件;相位疊加法;材料收縮補償;逆向波前工程;光學繞射斷層掃描;Augmented Reality;AR;Volume Holographic Optical Element;VHOE;volume hologram being an integrator of the lights emitted from elementary light sources;VOHIL;Material Shrinkage Compensation;Inverse Wavefront Engineering;Optical Diffraction Tomography;ODT.
日期:	2026-07-23
上傳時間:	2026-07-27 15:28:36 (UTC+8)
出版者:	國家科學及技術委員會(本會)
摘要:	一、研究背景與動機隨著元宇宙（Metaverse）與擴增實境（AR）技術的飛速發展，近眼顯示器（NED）作為下一世代資訊交互的關鍵介面，其市場需求已從早期的「高效率顯示」提升至「視網膜級（Retina-level）高畫質」。在眾多光學方案中，體積全像光學元件（VHOE）結合光導技術，因具備輕薄外觀、高透明度與波長多工能力，被視為主流技術路徑。然而，VHOE 在邁向高像質（IQ）透鏡陣列的過程中面臨嚴峻挑戰：光聚合反應所導致的「材料收縮」。這種非均勻的全域變形會破壞布拉格條件，引入嚴重的波前像差（如像散、彗差），導致影像模糊與鬼影。現有的理論工具（如 Kogelnik 或 RCWA）因受限於週期性假設與缺乏相位資訊，無法準確預測此類非線性形變，致使製程長期陷入無法收斂的試錯循環，成為產業量產的最大瓶頸。二、核心技術與研究方法本計畫旨在打破上述僵局，建立一套「預測—補償—驗證」的精準製造閉環系統，將 VHOE 製程從經驗導向提升為可計算的工程方法。本計畫提出五大核心創新方法：基於 VOHIL 理論之收縮預測與反向補償：利用孫慶成教授獨創的 VOHIL 理論，將收縮視為「有效波前的扭曲」而非單純的光柵參數擾動。結合有限元素法（FEM）建立材料收縮模型，計算出「反向預補償相位」，並透過空間光調製器（SLM）在曝光紀錄階段載入此相位。此方法能讓材料在收縮後「自動歸位」至理想的無像差狀態。擴瞳光導波動模擬器開發：自主開發基於離軸角頻譜傳播法（Off-axis ASP）與二次繞射逆向扣除技術（DBS）的模擬器。此工具能處理大面積相干光場的系統級傳遞，解決現有商業軟體無法進行系統級 IQ 分析與運算量過大的問題。三維光學繞射斷層掃描（ODT）檢測：建置 ODT 系統，以非破壞性方式重建 VHOE 內部的 3D 折射率分佈。這使得研究團隊能直接「看見」光柵內部的變形與缺陷，為模擬模型提供真實的回饋參數，落實「模擬—製作—檢測」的修正迴圈。進階材料 PQ/PMMA 與角度多工：導入低收縮率的 PQ/PMMA 材料製作光場角度選擇器，並利用角度多工技術在同一位置紀錄多組光柵，以拼接方式大幅擴增視場角（FOV）。雙 VHOE 色散互補償架構：設計串聯式 VHOE 系統，利用正負光焦距匹配原理，使兩片 VHOE 的色散與像差相互抵銷，解決全彩顯示中的色散模糊問題。三、預期效益與影響本計畫預計在三年內完成從理論模型建構、模擬器開發到高像質 AR 原型機實作的完整進程。學術上，將建立國內首套自主的 VHOE 波動光學模擬與收縮補償模型，深化繞射理論研究；產業上，將解決 VHOE 量產中最棘手的像差控制與良率問題，提供標準化的製程檢測解決方案。本計畫將協助台灣光學產業從傳統元件製造升級至高附加價值的 AR 光學系統設計，為次世代顯示技術的競爭奠定堅實基礎。
關聯:	財團法人國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心
顯示於類別:	[光電科學與工程學系] 研究計畫

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