ホログラフィックボリュームグラティングに基づく二次元出口瞳孔拡張に関する研究

回折格子は、柔軟な光学特性と小型軽量のため、波導ヘッドマウント入出力結合デバイスの優先選択肢になりつつある。現在、ARヘッドマウントディスプレイ（HMD）用の回折波導結合デバイスは、開発サイクルが長く、加工が複雑であるといった課題を抱えている。本論文では、まず二次元（2D）グレーティングレイトレーシングモデルのセットを確立し、これに基づいてデュアルリージョン二次元出口瞳孔拡張（2D-EPE）AR-HMDホログラフィック波導回折システムの初期アーキテクチャを決定する。次に、蜂の巣型結合グレーティングアレイを提案し、ホログラフィック波導の光エネルギーの利用効率と明るさの均一性を最適化し、独自の動的リンクライブラリ（DLL）関数を使用して2Dグレーティングのレイトレーシングを実装し、DLLに確率分割機能を追加することで、単一シミュレーション時間を11.853分から1.77分に短縮する。また、ホログラフィック光学素子（HOEs）で構成されるホログラフィックリソグラフィ装置とHOEsの準備方法を提案する。最後に、上記のDLLで最適化された回折効率を得て、出口瞳孔の明るさの均一性と光エネルギー利用効率を向上させるため、準備プロセスパラメータを最適化変数として逆設計を行い、適応可能な電磁計算プログラムHolo-RCWAを開発した。Holo-RCWAを利用し、非支配ソート遺伝的アルゴリズムII（NSGA-II）を用いて、回折効率分布を満たすプロセスパラメータを逆設計し、全システムの最適化時間を2〜3日から10時間に短縮する。この研究はAR/VRアプリケーションにとって非常に重要である。