NHK技研、世界初の透明フルカラー3Dホログラムを開発。ガラスの透明感と鮮明なフルカラー3次元像を両立

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る。しかし、これまでは以下の2つの大きな課題があった。

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た。

「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あったが、新たに光の「振幅（波の大きさ）」も活用する設計手法を導入した。これにより、従来は深さ約1μm（約0.001mm）だった基板表面の凹凸を約0.5μm（約0.0005mm）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った。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た。

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た。

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た。

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る。

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（約0.0005mm、1mmの2000分の1）という細かさだ。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る。

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）は制限されるが、観察に十分な視域を確保している。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。

試作したホログラムの主な仕様

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。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くとしている。

展示・発表予定

この技術は、2026年5月28日（木）〜31日（日）に開催する「技研公開2026」で展示する。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だ。

技研公開2026 「拓く、支える、これからも」