観察者の近距離へ表示された仮想物への目のピント調整に関する研究

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04513
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 石原 由紀夫 島根大学, 学術研究院理工学系, 講師 (30597571)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 電子デバイス・機器 / 3Dディスプレイ / フライアイレンズアレイ

Outline of Annual Research Achievements

広く利用されている立体映像方式では、立体映像が飛び出して観察者に近づいた場合、眼球の輻輳と水晶体のピント調整の間に不一致が生じ、頭痛や3D酔いを引き起こす。この不一致を解消できると期待されるフライアイレンズ（FEL）アレイを用いた表示方式により、観察者の目の前へ仮想物を結像させることを目指す。
先行研究ではオートフォーカスカメラの前15cmに表示された仮想物へ、自動的にピントを合わせられることを示した。本研究では観察者が仮想物を観察したときに、その仮想物へ目のピントが合わせられるかを明らかにする。
当初の計画では、次年度前半にかけて、レーザ直接描画法で描画されたMCOP画像を、FELアレイの背面へ縮小投影する光学系の構築を予定していた。しかし、この縮小投影では球面収差、歪曲収差など様々な収差による投影像の歪みが不可避であり、これを完全に解消できないリスクが残る。そのため、縮小投影を用いない方法も検討した。
両眼で仮想物を観察する場合、単眼に比べて、MCOP画像の画素数が増大する。これは、両眼をFELアレイの視域に含めなくてはならず、必然的にFELの視野角が増大し、画素数を増やすことで、仮想物の表示の細かさを保つ必要があるためである。
単眼での観察を視野に入れ、水晶体調節応答測定機器を用いて、単眼観察下での水晶体の調節を測定した。観察対象までの距離に応じて、水晶体が適切に調節されることが確認された。これにより、当初、実物と仮想物を両眼で観察し、水晶体の調節を測定する予定としていたが、単眼観察としMCOP画像の画素数を減らすことで縮小投影を除くこととした。
現在、目の前15cmへの仮想物の表示用に加え、17cm用、19cm用のMCOP画像と、FELアレイの製作を進めており、研究の進捗に遅延は生じていない。なお、FELアレイについては、形状誤差がより小さいレーザ直接描画法を用いて製作する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究の進捗に遅延は生じていない。

Strategy for Future Research Activity

2020年度前半に、MCOP画像とFELアレイの製作を完了し、実験環境の構築を終了する予定である。2020年度後半以降、被験者に実物と仮想物を観察してもらい、水晶体調節応答測定機器を用いて、水晶体の調節を測定する予定である。最終年度には測定値をもとに、仮想物へ目のピントが合わせられたか否かを統計解析により判断する。

Causes of Carryover

（理由）「研究実績の概要」に記載のとおり、両眼観察ではMCOP画像の縮小投影が必要であり、光学系に起因する投影像の歪みを完全に解消できないリスクが残ること、単眼観察でも水晶体が適切に調節されることの２点から単眼観察で研究を進めるとした。ここで単眼観察での研究遂行の可能性を検討したことで、MCOP画像とFELアレイの製作に多少の遅延が生じ、当製作が2020年度前半になることとなった。結果として、MCOP画像とFELアレイの製作に係る費用分の次年度使用額が生じた。なお、当初より、MCOP画像とFELアレイの製作については、2019年度後半から2020年度前半にかけて実施するとしている。
（使用計画）MCOP画像とFELアレイを用いた実験環境を構築するための費用を2020年度の研究費として申請しており、2020年度前半にMCOP画像とFELアレイの製作と合わせて、当実験環境を構築する予定である。