超穎表面結構改善繞射環境下解析度之設計

Abstract

本文首先討論了透明顯示器中的繞射效應及其對影像品質的影響，為了減少繞射效應，本文介紹了六種利用超穎結構來操縱相位梯度的光學改良方法。 首先，我們根據繞射理論解釋了透明顯示器中由週期性開孔結構導致的繞射效應。我們利用結合了波動光學和幾何光學傳播的模擬方法，來評估現今擴增實境與手機屏下系統中，人眼以及手機前置鏡頭收集到的影像所呈現出的繞射效應，並且嘗試在受影響的成像上量化繞射效果造成的模糊。 我們利用提出的模型分析了傳統透明顯示器中像素開孔率和面板解析度對繞射效應的影響。為了驗證模擬方法的準確性，在此文中設置了一個光學實驗來測量成像上繞射效應，並將量測到的實驗數據與模擬結果進行比較。 再者，為了減少繞射效應，本文介紹了有關於光學的改進方法。近幾年，由於超穎表面的快速發展，我們注意到超穎表面操縱相位梯度來改變光行進方向的能力。我們提出了六種藉由超穎表面的方法來應用在傳統透明顯示器，希望能改善其面臨到的影像模糊問題。雖然完全消除繞射仍存在挑戰，但通過使用先進的光學設計技術，本文討論了可行的方法，為未來的研究提供了有希望的途徑。

This article discusses the diffraction effect in transparent displays and its impact on image quality. It starts by explaining the diffraction effect of periodic aperture structures in transparent displays using diffraction theory. The article then presents a simulation method that combines wave optics and geometric optics propagation to quantitatively evaluate the diffraction effect perceived by the human eye. The article also analyzes the impact of pixel aperture ratio and panel resolution on the diffraction effect in traditional transparent displays using the proposed simulation model. To validate the accuracy of the simulation method, an optical experiment is conducted to measure the diffraction effect, and the experimental data are compared with the simulation results. In order to mitigate diffraction, the article introduces six optical improvement methods using metasurface that are applied to the conventional pixel structure. While fully eliminating diffraction poses challenges, the article explores feasible methods using optical design techniques, offering promising avenues for future research.