＜NHK技研公開＞透明なレンズ基板のフルカラーホログラム、光で硬さの変わる材料など基礎研究の成果をお披露目

NHK放送技術研究所が各種研究成果を一般に披露する「技研公開2026」が、5月28日（木）から5月31日（日）の4日間にわたり開催される。一般公開に先立ち、プレス向け見学会が行われた。本稿では、基礎研究により未来のメディア創造を目指すフロンティアサイエンスの展示をレポートする。

自然光下でのカラーホログラフィーを実現

強いレーザー光などを用いて、 被写体を立体的に映すホログラフィー技術は目にする機会も増えてきたが、本技術は自然光のもとでカラーのホログラフィーを実現した技術だ。

光の波長、進む方向やタイミングがそろっておらず、波どうしの干渉性が低い状態の太陽光やLED照明光などのインコヒーレントを補正する高額素子「液晶リターダ」と、カラー偏向カメラを組み込むことで光学系のカラー化を現したという。

被写体からの光を分割光1と分割光2に分波し、それぞれレンズ1とレンズ2で変調したのちに合波を行う。これにより、被写体の位置によってホログラムの縞パターンが変化する。

取得したホログラムの縞パターンの中心位置からは、2次元情報を抽出が可能。さらに、縞間隔の違いを精密に分析することで奥行き情報を取得し、対象物の立体的な把握を実現している。

さらにカラー対応の信号処理技術を開発し、カラー画像の連続撮影を実証したとしている。光の自己干渉を利用して、対象物のホログラムを取得する仕組みを採用している。

透明なのにフルカラーなホログラム

特別な眼鏡を使わずに、奥行きのある高精細な3次元映像を表示する技術として、一見透明なガラスなのにフルカラーのホログラムが表示される技術を発表。光の複素振幅分布を位相分布に変換する独自の方法で設計を行っている。

従来のホログラムの加工は、ガラス基板に深くギザギザした構造が必要だったが、浅く滑らかな構造への変更を実現。ガラス基板に多段の微細構造を形成し、高さに応じて位相が変化する仕組みを採用する。位相変調量の分布が平滑化され、構造の高さが縮小したことで光散乱が低減し、透明化を実現した。

光伝搬シミュレーションに基づき、異なる方向から再生照明光を照射するアプローチを採用。フルカラー化に向けては、色チャネルごとに異なる方向へ進む光としてホログラムデータを設計している。各再生照明光から3つの像が再生され、それらの像が重なる中心の位置においてフルカラー化のホログラムが実現する。

カラーフィルターや追加のホログラムを必要としないため、高い透明性を維持することが可能だ。特別なメガネなどを使わずに3次元映像を観察でき、ガラス越しに実世界を見ながら奥行きのある映像を体感できる。

0.01mmのイメージセンサーを広視野撮影に活用

NHK技研では、高画質で小型な広視野カメラを目指したイメージセンサーの開発など、素材関係の各種技術研究も長年行っている。そのひとつとして今回は「広視野撮影に適した凹面湾曲イメージセンサー」と題し、より小型化を実現した凹面湾曲イメージセンサーを紹介している。

小型で高画質、さらに広視野のカメラは画像の中心部にフォーカスを合わせても周辺部でピントがずれる収差が発生する。これを補正できる曲率半径までイメージセンサーを凹面湾曲させることで、映像周辺部のぼやけが少ないカラー映像の撮影が可能になったという。

製造においては、シリコンイメージセンサーの薄片化および転写プロセスを用いている。はじめに、SOI構造のシリコンデバイス層にRGBカラーフィルターを形成。さらに、各画素で効率的に光を集めるマイクロレンズを配置する。次に、仮接着基板を用いてシリコン支持基板を研削とエッチングにより除去していく。この薄片化プロセスの際、酸化膜でエッチングを停止させることで薄い構造を実現する。最後に転写プロセスとして、フレキシブル基板への接着が行われる。

光で柔らかさが変わる材料

自然な質感や手触りを再現する触感デバイスを目指し、材料自体の軟かさを制御する実例を紹介していた。光を照射することで軟らかく変化する特徴を備えている。

本技術には、光応答性基を介して結合したシリコーンゴムベースのポリマー材料を使用。青色光を照射することで光応答性基の結合が切れて軟化する仕組みだという。

未照射の硬い状態では黄色いゴム状の材料だが、青色光を当てると赤紫色に変化しながら軟らかい状態になる。照射を止めると、時間の経過とともに自動的に再結合して硬化していく。

さらに、この光応答性ポリマーを用いた「触感提示パッド」も開発されており、さまざまなモノの固さを模した触感提示パッドが展示されていた。光応答性ポリマーをゴム材料で区分けして封止することで、形状復元性を持たせた構造となっている。