Performance Improvement of Acoustophoretic Volumetric Display through the Optimization of Acoustic Hologram

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14103
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: FUSHIMI Tatsuki 筑波大学, 図書館情報メディア系, 助教 (60890944)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 音響立体ディスプレイ / 音響浮揚 / 音響ホログラム / 最適化 / 自動微分 / 実験的最適化 / 位相勾配

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to improve the performance of acoustophoretic volumetric display by using acoustic hologram optimization. Specifically, we achieved the following three results:【(1) Extension of hologram optimization methods】We developed an optimization algorithm for acoustic holograms and demonstrated that it is possible to control both the amplitude and phase of sound simultaneously.
【(2) Improvement in update speed】We analyzed a new method for moving objects using sound and found that it is possible to develop a system that moves objects without rapidly changing the phase of the oscillators.【(3) Improvement in image quality】We developed a system that records sound pressure and phase while optimizing, and successfully implemented system that also optimizes equilibrium position. These achievements contribute to the advancement of acoustophoretic volumetric display technology and have potential applications in other scientific fields.

Free Research Field

音響浮揚，音響立体ディスプレイ，音響ホログラム

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、音響立体ディスプレイの性能向上を目指し、音響ホログラムの最適化を行った。ホログラム最適化手法を拡張し、音の振幅と位相を同時に制御できることを実証しました。これにより、音響装置の開発において重要な指針が得られた。また、更新速度の向上に関して、音響を使って物体を動かす新しい方法を発見した。これにより、振動子の設定を変えずに物体を移動させることが可能となった。さらに、画質の向上を目指して、音圧や位相を記録しながら最適化を行うシステムを開発し、目標の達成のみならず，平衡位置の校正にも成功した。これらの成果は、音響立体ディスプレイ技術の発展に貢献し、さまざまな分野での応用が期待される。