【手続補正書】
【提出日】令和3年6月28日(2021.6.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
レンダリング速度がわずか１００ｄｏｔ／ｓｅｃのときには、ナノ秒レーザを用いて、ボルメトリックディスプレイの最初のデモンストレーションが実施された（Hidei Kimura, Taro Uchiyama, and Hiroyuki Yoshikawa. 2006. Laser produced 3D display in the air. In ACM SIGGRAPH 2006 Emerging Technologies (SIGGRAPH’06). ACM, New York, NY, Article 20. DOI:http://dx.doi.org/10.1145/1179133.1179154）。後に、フェムト秒レーザによって１０００ｄｏｔ／ｓｅｃが達成された（Hideo Saito, Hidei Kimura, Satoru Shimada, Takeshi Naemura, Jun Kayahara, Songkran Jarusirisawad, Vincent Nozick, Hiroyo Ishikawa, Toshiyuki Murakami, Jun Aoki, Akira Asano, Tatsumi Kimura, Masayuki Kakehata, Fumio Sasaki, Hidehiko Yashiro, Masahiko Mori, Kenji Torizuka, and Kouta Ino. 2008. Laser-plasma scanning 3D display for putting digital contents in free space. In Proceedings of SPIE 6803 (2008), 680309-680309-10. DOI:http://dx.doi.org/10.1117/12.768068）。しかし、これらのシステムの分解能は低い。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
空気以外のメディアへのレーザベースのボルメトリックディスプレイのデモンストレーションも実施された。５００００ｄｏｔ／ｓｅｃのレンダリング速度が実現しているときには、水中でナノ秒レーザベースのボルメトリックディスプレイが開発された（Hidei Kimura, Akira Asano, Issei Fujishiro, Ayaka Nakatani, and Hayato Watanabe. 2011. True 3D display. In ACM SIGGRAPH 2011 Emerging Technologies (SIGGRAPH’11). ACM, New York, NY, Article 20, 1 page. DOI:http://dx.doi.org/10.1145/2048259.2048279）。その後、コンピュータ生成ホログラムを用いた並列光アクセスを有する蛍光媒質中のフェムト秒レーザによるボルメトリックディスプレイが開発され、高分解能化が実現された（Satoshi Hasegawa and Yoshio Hayasaki. 2013. Liquid volumetric display with parallel optical access by computer-generated hologram. In Digital Holography and Three-Dimensional Imaging (2013), DTh2A.7. DOI:http://dx.doi.org/ 10.1364/DH.2013.DTh2A.7）これらのシステムでは、導出されたライトスポットにはアクセスできない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
空中ボルメトリックディスプレイは、通常、ユーザの手によるインタラクションを伴う。仮想のオブジェクトとユーザをインタラクションさせるためのタッチ感を提供するために、空中触覚を空中ボルメトリックディスプレイに組み込むことには利点がある。空中触覚は、物理的コンタクト、又は、ウェアラブルデバイスなしの距離から力を加えることができる点に利点があり、且つ、高いプログラマビリティを有する。つまり、物理的なアクチュエータが不要であるので、３次元空間の任意の位置に再配置可能である。例えば、最近の研究では、超音波振動子アレイ（Takayuki Hoshi, Masafumi Takahashi, Takayuki Iwamoto, and Hiroyuki Shinoda. 2010. Noncontact tactile display based on radiation pressure of airborne ultrasound. IEEE Transactions on Haptics 3, 3, 155-165. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TOH.2010.4, Tom Carter, Sue Ann Seah, Benjamin Long, Bruce Drinkwater, and Sriram Subramanian. 2013. Ultrahaptics: Multi-point mid-air haptic feedback for touch surfaces. In Proceedings of the 26th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology, ACM, New York, NY, USA, UIST ’13, 505-514. DOI:http://dx.doi.org/10.1145/2501988.2502018; Seki Inoue, Koseki J. Kobayashi-Kirschvink, Yasuaki Monnai, Keisuke Hasegawa, Yasutoshi Makino, Hiroyuki Shinoda. 2014. HORN: The hapt-optic reconstruction. In ACM SIGGRAPH 2014 Emerging Technologies, ACM, New York, NY, USA, SIGGRAPH ’14, 11:1. DOI:http://dx.doi.org/10.1145/2614066.2614092）、又は、非接触触覚刺激とフィードバックのための空気渦（Rajinder Sodhi, Ivan Poupyrev, Matthew Glisson, and Ali Israr. 2013. Aireal: Interactive tactile experiences in free air. ACM Trans. Graph. 32, 4 (July), 134:1-134:10. DOI:http://dx.doi.org/10.1145/2461912.2462007; Sidhant Gupta, Dan Morris, Shwetak N. Patel, and Desney Tan. 2013. AirWave: Non-contact haptic feedback using air vortex rings. In Proceedings of the 2013 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing, ACM, New York, NY, USA, UbiComp ’13, 419-428. DOI:http://dx.doi.org/10.1145/2493432.2493463）の使用を検討している。これらのアプローチは、空間精度を欠き、且つ、動作距離に制限がある。最近の研究はまた、触覚を呼び起こすために低消費電力ナノ秒レーザの使用を検討している（Jae-Hoon Jun, Jong-Rak Park, Sung-Phil Kim, Young Min Bae, Jang-Yeon Park, Hyung-Sik Kim, Seungmoon Choi, Sung Jun Jung, Seung Hwa Park, Dong-Il Yeom, Gu-In Jung, Ji-Sun Kim and SoonCheol Chung. 2015. Laser-induced thermoelastic effects can evoke tactile sensations. Scientific Reports 5, 11016. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/srep11016、Hojin Lee, Ji-Sun Kim, Seungmoon Choi, Jae-Hoon Jun, Jong-Rak Park, A-Hee Kim, Han-Byeol Oh, Hyung-Sik Kim, and Soon-Cheol Chung. 2015. Midair tactile stimulation using laser-induced thermoelastic effects: The first study for indirect radiation. In World Haptics Conference (WHC), 2015, 374-380. DOI:http://dx.doi.org/10.1109/WHC.2015.7177741）。しかし、低パワーのナノ秒レーザでさえ、人間の皮膚の温度を瞬時に上昇させることが示されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
通常、空中ボルメトリックディスプレイには、サウンドシステムが付属している。自由空間における空間音響分布の制御に関する従来の研究は、３Ｄ音響を生成する手段としてのマルチチャンネルオーディオ合成と超音波ベースの超指向性スピーカ（パラメトリックスピーカ）を含む。従来のサラウンドサウンドスピーカは、没入型の音環境をシミュレートし、且つ、可聴音波の干渉を介して空間パターンを生成する（K. Shinagawa, Y. Amemiya, H. Takemura, S. Kagami, and H. Mizoguchi. 2007. Three dimensional simulation and measurement of sound pressure distribution generated by 120 ch plane loudspeaker array. In Proceedings of IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, 278-283.）。しかし、聴覚体験の質は、サラウンドサウンドスピーカの環境に対する聞き手の位置に依存し、且つ、聴覚体験は、ターゲット領域の中心にいる聞き手に最適化される。パラメトリックスピーカは、超音波振動子アレイを用いた可聴音の狭いビームを生成することができるので、デバイスのターゲットになった特定の人に音を聴かせることができる（M. Yoneyama, J. Fujimoto, Y. Kawamo, and S. Sasabe. 1983. The audio spotlight: An application of nonlinear interaction of sound waves to a new type of loudspeaker design. The Journal of the Acoustical Society of America 73, 5, 1532-1536.）。これらのサウンドシステムでは、何れも、可聴音は、ターゲット領域の外側から生成され、且つ、ターゲット領域に向かって放出される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３４】
本発明者は、超短パルスレーザが、ナノ秒レーザの熱弾性効果とは異なる非熱効果を有することを検証した（Jae-Hoon Jun, Jong-Rak Park, Sung-Phil Kim, Young Min Bae, Jang-Yeon Park, Hyung-Sik Kim, Seungmoon Choi, Sung Jun Jung, Seung Hwa Park, Dong-Il Yeom, Gu-In Jung, Ji-Sun Kim and SoonCheol Chung. 2015. Laser-induced thermoelastic effects can evoke tactile sensations. Scientific Reports 5, 11016. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/srep11016; Hojin Lee, Ji-Sun Kim, Seungmoon Choi, Jae-Hoon Jun, Jong-Rak Park, A-Hee Kim, Han-Byeol Oh, Hyung-Sik Kim, and Soon-Cheol Chung. 2015. Midair tactile stimulation using laser-induced thermoelastic effects: The first study for indirect radiation. In World Haptics Conference (WHC), 2015, 374-380. DOI:http://dx.doi.org/10.1109/WHC.2015.7177741を参照）。したがって、フェムト秒レーザから発した超短レーザパルスがより安全である。システムＡ及びＢは、明るく、且つ、それほど集中していない平均出力を有するプラズマスポットを誘発する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４５】
（触覚実験５：クロスフィールド効果）
超音波触覚フィードバックは、長年にわたって、密接に研究されてきた。超音波触覚フィードバック（Takayuki Hoshi, Masafumi Takahashi, Takayuki Iwamoto, and Hiroyuki Shinoda. 2010. Noncontact tactile display based on radiation pressure of airborne ultrasound. IEEE Transactions on Haptics 3, 3, 155-165. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TOH.2010.4; Tom Carter, Sue Ann Seah, Benjamin Long, Bruce Drinkwater, and Sriram Subramanian. 2013. Ultrahaptics: Multi-point mid-air haptic feedback for touch surfaces. In Proceedings of the 26th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology, ACM, New York, NY, USA, UIST ’13, 505-514. DOI:http://dx.doi.org/10.1145/2501988.2502018; Seki Inoue, Koseki J. Kobayashi-Kirschvink, Yasuaki Monnai, Keisuke Hasegawa, Yasutoshi Makino, Hiroyuki Shinoda. 2014. HORN: The hapt-optic reconstruction. In ACM SIGGRAPH 2014 Emerging Technologies, ACM, New York, NY, USA, SIGGRAPH ’14, 11:1. DOI:http://dx.doi.org/10.1145/2614066.2614092）は、超音波フェーズドアレイの利用のために、大いにプログラマブルである。超音波触フィードバックは、相対的に、他の空間ハプティックフィードバックの手法と比較して、高い空間分解能を有し、且つ、波長（４０ｋＨｚの超音波で、８．５ｍｍ）によって制限される。空気中での吸収損失のために、より高い周波数の超音波（すなわちより短い波長）は、触覚フィードバックには適していない。その他の制約は、刺激の弱さであり、これは接触の瞬間のようなインパルスを再現するのには不十分である。１８×１８アレイによって生成される最大力は、１６ｍＮ程度に低くなり得る［Takayuki Hoshi, Masafumi Takahashi, Takayuki Iwamoto, and Hiroyuki Shinoda. 2010. Noncontact tactile display based on radiation pressure of airborne ultrasound. IEEE Transactions on Haptics 3, 3, 155-165. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TOH.2010.4］。そして、より大きな力を得るためには、より大きなアレイが必要である。［Keisuke Hasegawa and Hiroyuki Shinoda. 2013. Aerial display of vibrotactile sensation with high spatialtemporal resolution using large-aperture airborne ultrasound phased array. In World Haptics Conference (WHC), 2013, 31-36. DOI:http://dx.doi.org/10.1109/WHC.2013.6548380］。超音波ハプティックスは、振動ではなく、皮膚表面を圧迫する音響放射圧に基づいています。これは皮膚に長時間適用することができるが、これは比較的弱い（１０〜２０ｍＮ）。感覚は狭い領域内の層流空気流に似ています。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５０】
（ｉ，ｊ）−ｔｈに対応する振動子アレイ５２５の振動子５２６の時間遅延Δｔｉｊは、式１３によって与えられる。
【数１３】
2019117684.tif 000001
矩形振動子アレイから生成される超音波の空間分布は、ｓｉｎｃ関数のような形状であることが理論的および実験的に示されている［Takayuki Hoshi, Masafumi Takahashi, Takayuki Iwamoto, and Hiroyuki Shinoda. 2010. Noncontact tactile display based on radiation pressure of airborne ultrasound. IEEE Transactions on Haptics 3, 3, 155-165. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TOH.2010.4]。長方形配列の辺に平行なメインローブの幅ｗは式（１４）で表される。
【数１４】
2019117684.tif 000002
ここで、λは波長であり、Ｒは焦点距離であり、Ｄは長方形アレイの一辺の長さである。この数式は、空間分解能とアレイサイズとの間にトレードオフがあることを意味する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５７】
超音波の直流電流出力は、知覚できないほど弱いが、人間の皮膚には振動に反応する感覚受容体がある。具体的には、表皮層に存在するパシニア小球（ＰＣ）およびマイスナー小球（ＲＡ）は、それぞれ、１０〜２００Ｈｚ（１０〜５０Ｈｚのピーク）及び４０〜８００Ｈｚ（２００〜３００Ｈｚのピーク）の周波数レンジの振動に反応する（S.J. Bolanowski, Jr., G.A. Gescheider, R.T. Verrillo, and C.M. Checkosky. 1968. Four channels mediate the mechanical aspects of touch. The Journal of the Acoustical Society of America. 84, 5, 1680-1694.）。そのため、この研究では、人差し指に２００及び５０Ｈｚの矩形波で変調された振動触覚刺激の適用を検討した。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５８】
例示的な実施形態では、カメラ又はセンサシステムを使用して、プラズマスポットが誘起される可能性があるワークスペース内及び周囲のユーザの活動をモニタリングすることができる。予防策として、プラズマボクセルは、カメラ又はセンサシステムがプラズマボクセルに接触していることを検出してから１７ｍｓ（単一フレーム）以内に無効化又は再配置しても良い。この遮断時間は、有害な曝露時間である２０００ｍｓよりも十分に短い［Yoichi Ochiai, Kota Kumagai, Takayuki Hoshi, Jun Rekimoto, Satoshi Hasegawa, and Yoshio Hayasaki. 2015. Fairy lights in femtoseconds: Aerial and volumetric graphics rendered by focused femtosecond laser combined with computational holographic fields. In ACM SIGGRAPH 2015 Emerging Technologies, ACM, New York, NY, USA, SIGGRAPH ’15. DOI:http://dx.doi.org/10.1145/2782782.2792492］。レーザ源の繰り返し回数及びエネルギーが増加すると、より高速なカメラ認識システム及びより高速な走査システムが必要になる。