球面ホログラムを用いたARコンタクトレンズの全視野表示に関する研究

1)球面ホログラムによる画像表示特性の解明：平面ホログラムの場合は空間光変調器の画素ピッチで画角が決まり、解像度で被写界深度が決まるのに対して、球面ホログラムではこの関係が逆になり、解像度で画角が決まり、画素ピッチで被写界深度が決まることを理論的に導き、実験で確かめた。このような、球面ホログラムの特性を実現するために、本研究では球面ホログラムを球面波で照明する方法を提案した。また、コンタクトレンズに組み込む空間光変調器と偏光子による光学的シースルー特性の劣化を抑える方法について検討し、空間光変調器の開口率を0.9以上にすることで高次回折像の影響をほぼなくすることができ、偏光子を1/4波長板に置き換えることで光量低下をなくし画質劣化も小さく抑えることができることを示した。2)表示デバイスに必要な性能の明確化：本研究で提案した球面ホログラムを球面波照明する構成方法において、空間光変調器の画素ピッチと解像度と、ホログラム表示の画角と被写界深度の関係を明らかにした。さらに、球面波照明に対応するホログラム計算法を開発した。この方法では、球面波の曲率をレンズの焦点距離と考えて、虚像結像の関係を用いた回折計算を行う。提案法の有効性を実験で確かめた。画素ピッチ8 μmで解像度1,024×1,024の空間光変調器を用いて、約15°の画角が実現できることを示した。3)球面ホログラム作製システムの構築本研究では、球面化した空間光変調器を作製する代わりに、フィルムを用いた球面ホログラムの作製システムを構築した。まず、ホログラムフィルムであるフォトポリマーにホログラムを記録する。その後、熱処理によりホログラムフィルムを球面化するシステムする。複数の熱処理パラメータを試したのち、安定的に球面化する方法を確立した。人間の目の角膜の曲率半径とほぼ等しい曲率半径9 mmの球面化を実現した。

1)球面ホログラムによる画像表示特性の解明：平面ホログラムの場合は空間光変調器の画素ピッチで画角が決まり、解像度で被写界深度が決まるのに対して、球面ホログラムではこの関係が逆になり、解像度で画角が決まり、画素ピッチで被写界深度が決まることを理論的に導き、実験で確かめた。このような、球面ホログラムの特性を実現するために、本研究では球面ホログラムを球面波で照明する方法を提案した。また、コンタクトレンズに組み込む空間光変調器と偏光子による光学的シースルー特性の劣化を抑える方法について検討し、空間光変調器の開口率を0.9以上にすることで高次回折像の影響をほぼなくすることができ、偏光子を1/4波長板に置き換えることで光量低下をなくし画質劣化も小さく抑えることができることを示した。2)表示デバイスに必要な性能の明確化：本研究で提案した球面ホログラムを球面波照明する構成方法において、空間光変調器の画素ピッチと解像度と、ホログラム表示の画角と被写界深度の関係を明らかにした。さらに、球面波照明に対応するホログラム計算法を開発した。この方法では、球面波の曲率をレンズの焦点距離と考えて、虚像結像の関係を用いた回折計算を行う。提案法の有効性を実験で確かめた。画素ピッチ8 μmで解像度1,024×1,024の空間光変調器を用いて、約15°の画角が実現できることを示した。3)球面ホログラム作製システムの構築本研究では、球面化した空間光変調器を作製する代わりに、フィルムを用いた球面ホログラムの作製システムを構築した。まず、ホログラムフィルムであるフォトポリマーにホログラムを記録する。その後、熱処理によりホログラムフィルムを球面化するシステムする。複数の熱処理パラメータを試したのち、安定的に球面化する方法を確立した。人間の目の角膜の曲率半径とほぼ等しい曲率半径9 mmの球面化を実現した。