応用光学：音響トラッピングを用いて視覚・触覚・聴覚表現を行うボリュームディスプレイ

SF映画では、視覚だけでなく触覚や聴覚にも訴える三次元（3D）コンテンツを提供するボリューム（体積型）システムが描かれている。掃引体積表面、ホログラフィー、光泳動、プラズモニクス、レンチキュラーレンズに基づくディスプレイは、眼鏡や追加の器具類を必要とせずに3D視覚コンテンツを生成できる。しかし、そうしたディスプレイは、低速で残像性能が限定されており、最も重要なことに、触覚コンテンツと聴覚コンテンツを同様に生成できない動作原理に頼っていた。今回我々は、マルチモード音響トラップディスプレイ（MATD）、すなわち単一の動作原理として音響泳動を用いて視覚・聴覚・触覚コンテンツを同時に生成できる空中浮遊ボリュームディスプレイについて報告する。今回のシステムは、粒子を音響的にトラップし、ディスプレイ体積を高速走査する間に、赤色、緑色、青色の光を照射してその色を制御する。MATDは、二次トラップとの時分割多重化、振幅変調、位相最小化を用いることによって聴覚・触覚同時コンテンツを生成する。このシステムは、垂直方向に最高8.75 m s⁻¹、水平方向に3.75 m s⁻¹の粒子速度を示し、これまで実証された他の光学的方法や音響的方法よりも優れた粒子操作性能をもたらす。さらに今回の手法によって、非接触式高速物質操作の機会が得られ、コンピューター・ファブリケーションや生物医学での応用も見込まれる。

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