世界初、ガラスの透明感をそのままにフルカラー3次元像を表示する透明なホログラムを開発

NHK

世界初、ガラスの透明感をそのままにフルカラー3次元

――　透明な新設計ホログラムの開発により、実世界と３次元像の融合を実現　――

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(※1)の作製手法を開発しました。
本技術の最大の特徴は「高い透明性」と「鮮明なフルカラー３D」の両立です。今回開発した技術は、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(※2)ホログラム」と呼ばれる手法を応用したものです。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りました。

(※1)ホログラム：光の干渉と回折現象を利用して、物体から出る光の3次元情報を記録・再現するもの。その技術をホログラフィーと呼びます。
(※2)表面レリーフ型：基板表面の微細な凹凸によって光の進むタイミング（位相）を変調する構造のこと。
[画像1: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/160617/54/160617-54-748deaefb75d16b7a9b8301b34dfa7a7-870x333.jpg?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]
　　　　　　　　　　　　　　開発したホログラムで表示したフルカラー３次元像

【開発の背景：透明化とフルカラー化の壁】
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きました。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ます。しかし、これまでは以下の2つの大きな課題がありました。
・光の散乱（基板の白濁）：従来の設計では、透明な基板表面に「深い段差」や「鋭いギザギザ」の凹凸構造を作る必要があり、これが光を散乱させて背景が白く濁って見えていました。
・フルカラー化の複雑さ：フルカラー化には赤、緑、青の基板を重ねるなどの複雑な構造が必要で、さらに透過度が低下する要因となっていました。

【表面レリーフ型ホログラムで実現した3つの革新】
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しました。

１．「浅く滑らかな凹凸」で高い透過性を実現
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でしたが、新たに光の「振幅（波の大きさ）」も活用する設計手法を導入しました。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」にすることが可能となりました。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ました。

２．単一のホログラムで「フルカラー化」に成功
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しました。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ました。

３．計算負荷を抑えた「高画質化」
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ました。

[画像2: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/160617/54/160617-54-b9c5b2b73bb119558aa703b93ea4c52a-3150x1314.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]
ホログラムの透過性の比較(奥に文字を印刷した紙を配置)
[画像3: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/160617/54/160617-54-622e79005e1a37d61a6b831871015293-2386x1197.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]
　　　　　　　　表示した３次元像の比較

[画像4: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/160617/54/160617-54-ca55119d04c5b33e313728e0ee3a2edb-2924x1949.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]
　　　　　　　　　　システム全体像

【試作したホログラムの詳細】
本技術に基づき、半導体微細加工技術を用いて試作したホログラムは、非常に高精細なスペックを有しています。

１．超高精細な画素構造
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2000分の1）という細かさです。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ています。

２．自然な立体感
透明化とカラー化の新設計に伴い視域（見える範囲）は制限されますが、観察に十分な視域を確保しています。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ました。
[画像5: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/160617/54/160617-54-6875517b8a02f7aed93f863184ba12cd-2380x948.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]

【今後の展望】
これまでNHKと東京科学大学は、表示デバイス開発の進展を目指し、高精細なホログラムのデータ生成技術と基板表面への形成技術の研究を共同で進めてきました。
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ました。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。

【展示・発表予定】
この技術は、5月28日（木）～31日（日）に開催する「技研公開2026」で展示します。
また、この技術に関する論文が、コンピューターグラフィックスとインタラクティブ技術に関する国際会議「SIGGRAPH 2026」のTechnical Papers部門にJournal paperとして採択されました。7月にロサンゼルスで本成果に関する発表を行う予定です。
技研公開2026「拓く、支える、これからも」■開催期間：5月28日（木）～31日（日）
　午前10時０0分～午後5時０0分（入場は終了30分前まで）
■会場：NHK放送技術研究所（東京都世田谷区砧1丁目10-11）
■入場：無料（事前予約不要）
■ホームページ： https://www.nhk.or.jp/strl/open2026/

[画像6: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/160617/54/160617-54-08cd8cf1017619712db9809c244745fd-1524x2160.jpg?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]

プレスリリース提供：PR TIMES

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