NHK技研、“透明なホログラム”を開発。ガラスの透明感をそのままフルカラー3D表示

NHK放送技術研究所(技研)は、東京科学大学と共同で、透明なガラス基板越しに「フルカラー3次元像」を表示する新たなホログラムの作製手法を開発した。

最大の特徴は「高い透明性」と「鮮明なフルカラー3D」の両立。今回開発された技術は、いくつか存在するホログラム作製手法のうち「表面レリーフ型ホログラム」と呼ばれる手法を応用したもの。

従来、この手法を用いる際の課題となっていた光の散乱(基板の白濁)を抑えることで、観察者はガラス越しの景色をクリアに見ながら、その手前に浮かび上がる高精細な3次元像を同時に楽しむことができるようになった。

技研では、特別な眼鏡を必要としない高精細な3次元ディスプレーの実現を目指し、光の性質を忠実に再現する「ホログラフィー」による3次元像表示技術の研究を進めている。

基板の表面に微細な凹凸構造を作ることで光を曲げる「表面レリーフ型ホログラム」は、比較的大きな静止画の3次元像を広い視域で表示できる一方で、前述の光の散乱(基板の白濁)と、フルカラー化の複雑さという2つの大きな課題があった。

今回の研究では、ホログラムの設計手法を根本から見直すことで、これらの課題を解決。

表面レリーフ型ホログラムの設計には光の位相(波のズレ)を用いることが一般的だったが、新たに光の「振幅(波の大きさ)」も活用する設計手法を導入。

これにより、従来は深さ約1μｍだった基板表面の凹凸を約0.5μmという「浅い段差」かつ「滑らかに連続する形状」にすることが可能になり、その結果、余計な光の散乱が大幅に抑えられ、ガラスのような高い透明性を維持することに成功したという。

ホログラムの透過性の比較

また、1枚のホログラムで、赤・緑・青の各色に対応した光を別々の方向から照射し、各色の３次元像を同じ位置に重ね合わせる技術を確立。複数のホログラムやカラーフィルターを重ねることなく、1枚の薄い加工面だけで鮮明なカラー3次元像を表示できる、シンプルで高透過な構造を実現した。

新しい設計手法は、従来と比べて計算負荷がほとんど増えない一方で、これまで利用されていなかった光の振幅分布も利用するため、3次元像の画質向上にも成功したという。

表示した3次元像の比較

試作されたホログラムは、約12cm角のサイズに、約600億ピクセル(245,760×245,760)を配置。ピクセルの間隔は0.5μm(1mmの2,000分の1)という細かさになっている。また、凹凸構造の高さを32段階で細かく調節することで段差の不連続性を抑え、より精密に光の情報を再現できるようにした。

システム全体像

透明化とカラー化の新設計に伴い視域(見える範囲)は制限されるが、観察に十分な視域を確保。視点移動に伴って像が滑らかに変化する、ホログラフィーならではの自然な立体感を実現した。

「今回、透明なホログラムでフルカラー3次元像を表示することに成功し、店舗のショーウィンドウ越しに商品の立体解説を表示したり、博物館の展示ケースで展示物に重ねて案内を表示したりするなど、将来のホログラフィーによる透過型3次元像表示システムの応用の道が開けた」という。「今後も、大きく、広い視域で高精細な3次元像表示の実現に向けて研究開発を進めていきます」としている。

この技術は、5月28日から31日に開催される「技研公開2026」で展示される。