2019 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of basic technology of large-size full-color static 3D display by computer holography
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18H03349
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
松島 恭治 関西大学, システム理工学部, 教授 (70229475)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | コンピュータホログラフィ / ３次元立体画像 / 静止画ディスプレイ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究では，主として，(1)多値位相変調による共役像の除去，(2)照明光源の狭帯域化と一体化，(3)フルカラー体積型CGHの大型化，(4)計算技術の高度化に取り組んだ．
このうち(1)は昨年度すでに開発していた技術であるが，透明な厚膜レジスト層のサブミクロンオーダーの厚さ変化により照明光の位相を変調するため，厚さ変化が描画パラメータに依存しておりその最適化が難しい問題があった．厚さ変化をレーザー顕微鏡などにより計測しそこから描画パラメータを決める必要があるが，それらの条件はレーザー直接描画装置の種々の動作パラメータに依存し，また経時的にも変化するため，パラメータ設定作業が困難であった．そこで，フーリエ型CGHでは共役像が容易に分離できることに着目し，パラメータを変えてフーリエ型CGHを描画するだけで描画パラメータを決定できる手法を開発した．これにより，手前に飛び出す空中像をいかなる感覚矛盾も無く鮮明に再生できるようになった．
(2)では，ホログラフィック光学素子(HOE)を用いて，LED光源を狭帯域化する技術を開発した．その結果，従来困難であった緑色LEDによる鮮明な光学再生が可能になった．同様に，HOEを用い，アナログホログラフィにおける既存技術であるエッジリット型照明システムによく似た端面入射型の照明システムを試作した．
(3)ではビームスキャンを用いた大型積層体積CGHの作成を試み，約10cm角のフルカラーCGHを試作した．また，(4)では，従来のシルエット法隠面消去の欠点である，滑らかな曲面の再生におけるクラックの解消，窓から外を見た時のような超広視野CGHの計算技術の研究を行い，さらにCGのデザインをそのまま反映したCGHを作成する技術の開発をおこなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題の当初の研究計画書においては，以下を研究課題とし挙げている．(A)高解像度CGHを体積ホログラムとして転写する技術，(B)位相変調型CGHの計算作成技術，(C)干渉縞パターンの高解像度化，(D)端面入射型コヒーレント光源の導入．
このうち，(A)については，「研究実績の概要」で述べたとおり，2019年度は10cm角のフルカラー積層体積CGHが製作できた．しかし，残念ながらノイズが多く，あまり高品質な再生像とはなっていない．次年度はこの問題に対処する．
(B)については，今年度ほぼその製作技術を確立し，飛び出すタイプの高解像度CGHを作成できることを確認した．そのため，当初予定通りか少し早いぐらいで研究が進んでいる．
(C)もすでにかなり進んでいるが，2018年度に開発した干渉縞オーバーサンプリングを用いるとレーザー直接描画装置による干渉縞描画で問題が発生することが多いことが分かった．これは，干渉縞の微細化に伴い，クロム膜エッチングの歩留まりが下がるためであると考えられる．従って，これが次の課題となる．
(D)については基礎技術は開発できたので，次は大型化への展開となる．しかし，大型化に伴って再生像の明るさが低下するため，回折効率の向上や光源自体の高輝度化が課題となる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は主として次の技術開発を行う．(a)大型化フルカラー積層体積型CGHのノイズ除去，(b)LED光源の狭帯域化モジュールの開発，(c)多値位相変調型CGHにおける光源誤差補正技術，(d)端面入射型照明システムの大型化と高輝度化，(e)高解像度CGHのタイリングによる大型化技術．
このうち(a)－(e)は，2019年度の続きであり，(a)では大型化に伴って生じたノイズの除去を試み，大型でかつ高品質なフルカラー積層体積型CGHの製作を試みる．(b)では製作した狭帯域化HOEを組み込んだモジュールを製作し，実際の展示で用いることを目指す．(c)は，製作技術は確立したものの，実際の展示においては光源の配置によって位相変調誤差が生じるため，実際の展示に即した補正技術を確立する．
(d)も2019年度の続きであるが，レーザー光源を導入する技術，複数のHOEを用いた大型化・狭帯域化，また複数のLED光源照明を用いた大型化と高輝度化等，新しいアイデアを試みる予定である．
(e)はCGHの大型化およびそれを「見せる」技術の開発であり，単なるタイリングによる大型化だけではなく，照明方法と一体化した研究開発を行う．これにより45cm×30cm程度のサイズの大型CGHの製作技術の確立を目指す．これは本研究課題の集大成となるものである．
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| Remarks |
2019年度は，SPIE Digital Optical Technologies 2019，ミュンヘン見本市会場(2019.6.24-26)や，日本光学会年次学術講演会(Optics Photonics Japan 2019), 大阪大学(2019.12.2-4)で展示を行った．
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