2016 Fiscal Year Research-status Report
凸型放物面鏡を用いた全方位から観測可能なホログラフィック3Dディスプレイの研究
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15K21699
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山東 悠介 地方独立行政法人大阪府立産業技術総合研究所, その他部局等, 主任研究員 (30463293)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 凸型放物面鏡 / フルパララックス / 高速回折計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、凸型放物面鏡を利用することで、ホログラフィック3Dディスプレイの課題である狭い視域の拡大を目的としている。凸型放物面鏡のパラメータを適切に選択することで、水平方向に360°、垂直方向に90°以上の視域を実現することができる。本年度は、昨年度に引き続き、放物面への回折計算の高速計算法の開発と、本提案手法を実証するための実験光学系の設計・構築・予備実験を行った。さらに、放物面以外の形状も検討し、円筒面や球面に関し、別途高速に計算可能なアルゴリズムを開発した。具体的な内容を以下に記載する。
放物面鏡を用いたホログラフィック3Dディスプレイでは、波面の放物面への回折計算を行う必要がある。しかし、放物面のような曲面では、一般的に高速計算に用いられている高速フーリエ変換を用いることができない。そこで、本年度は、波動光学に基づいた放物面への回折波を求める代わりに、幾何光学に基づき、放物面での光線の反射を考慮し、物体とホログラム面間の回折を直接計算する手法を提案した。これにより、計算時間、ならびにメモリ使用量を劇的に削減することができた。また、シミュレーションにより、本提案法の妥当性も証明できた。
次に、光学実験により、本提案手法の有効性を実証するため、実験光学系の設計を行い、空間光変調器等を購入した。また、昨年度に作製した凸型放物面鏡を用いて実際に光学系を構築し、予備実験を行った。凸型放物面鏡の集光性を確認したところ、実証実験に十分なビームウェスト（数10μm）を達成した。なお、本提案内容に関し、特許出願を行った。
さらに、放物面以外の種々の形状も検討した結果、本研究における派生研究として、円筒面や球面への回折計算についても高速なアルゴリズムを開発し、学会発表等を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の予定では、本年度末までに、凸型放物面への高速回折計算法の構築と、ホログラムや凸型放物面鏡の作製、および実験光学系の構築の着手であった。これらは全て、基本的には本年度末で完成しており、この時点において、当初の予定を若干上回っている。なお、本提案内容に関して、特許出願を行った。さらに本年度は、放物面以外の形状として、円筒面や球面についても議論を進め、これらの曲面への回折計算において高速に計算する手法を提案した。学会での発表の実施、および論文投稿への準備を行った。よって、以上の状況から、当初の予定以上の実績を出すことに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度で、基本的な実験光学系を構築した。しかしながら、再生像の大きさに課題があり、現時点では肉眼で観察するこができないほどに小さい。そこで次年度は、再生像の大きさを拡大させるため、ホログラムの画素数の拡大や、ピクセルサイズの縮小を検討する。また、複雑な３次元物体を再生するには、陰面処理が必要不可欠であり、陰面処理技術を組み込む手法についても研究する必要がある。その他、本年度に構築した計算法は、低メモリ使用での高速計算が可能であるものの、実時間計算にはほど遠い状態である。そこで、さらなる高速化を目指し、アルゴリズムの研究（ソフトウェア面）やGPGPUを用いた手法（ハードウェア面）についても研究を行う方針である。
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| Causes of Carryover |
本年度は、ホログラム表示デバイスとして、空間光変調器を購入するため、200～250万円程度の支出を想定していた。しかし、空間光変調器についてさらに調査したところ、別メーカーではあるものの、低価格（136万円）にて当初の想定以上の性能を有する空間光変調器を購入することができたため、100万円以上の差額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
球面等の曲面への高速回折計算等、本年度は、計画以上の結果を出すことができたため、次年度は、関連する学会での発表や論文投稿に差額を使用し、本研究成果の公表や提案手法のPRに努める。また、研究のさらなる発展のため、関連する部材の購入、並びに技術調査や他の研究者との研究打合せのための旅費等にも使用する。
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