超薄型3Dディスプレイ、広角、高精細画像

October, 31, 2025, Washington--中国の浙江大学の研究チームは、広い視野角、鮮明な画質、鮮やかな表示奥行きを備えた超薄型3Dディスプレイを開発した。
この進歩は、通常、メガネなしの3Dディスプレイを制限するトレードオフを克服することで、ヘルスケア、教育、エンタテイメントにおける非常に詳細なインタラクティブエクスペリエンスの新たな可能性を開くことができる。

「新しいディスプレイの厚さはわずか28mmで、通常500mmを超える従来の指向性バックライトシステムよりも劇的にスリムである」と、中国の浙江大学の研究チームリーダーXu Liuは話している。「このレベルのコンパクトさは、われわれが達成した解像度の大幅な向上と相俟って、この技術を現実世界の製品に実用化するための重要な一歩を表している。」

Optica Publishing Groupの影響力のある研究ジャーナルであるOpticaで、研究者らは、新しいディスプレイ設計に基づいた超薄型の32インチ指向性バックライトベースのプロトタイプをデモンストレーションしている。プロトタイプは、ほぼ大型のコンピュータモニタのサイズで、120°を超える広い視野角と、28インチ×16インチ×39インチの大きな3Dディスプレイボリュームを備えている。

「3Dディスプレイは、画像深度全体にわたって鮮明な画質を維持する。これは、ユーザが正確な空間理解を必要とするタスクの奥行きと空間関係を視覚化するのに役立つ」と、論文の責任著者、浙江大学のRengmao Wuは話している。「これにより、たとえば、医師は腫瘍や骨折などの複雑な解剖学的構造をリアルタイムで簡単に確認できるようになる。」

メガネなしで3Dを見る
3Dライトフィールドディスプレイは、指向性バックライトを使用して高度に制御された方法で光を向けることでシーンを作成する。このデザインにより、それぞれの目がわずかに異なる画像を見ることができ、見る人が3Dメガネを着用しなくても自然な奥行き感が生まれる。レンダリングされた3D効果の品質は、ボクセル(画像を構成する3Dピクセル)がどれだけ正確に構築されているか、またボクセルの数とサイズによって異なる。

「回折格子や円筒レンズアレイを使用するライトフィールドディスプレイでは、ボクセルサイズはバックライト照明の角度広がりによって基本的に制約される」と、この研究に重要な貢献をした中国の北京郵電大学のXinzhu Sangはコメントしている。「われわれのシステムは、既存の散乱バックライトベースの3Dディスプレイと比較してボクセル構築精度を大幅に向上させ、ボクセルの高度小型化と大幅な解像度向上を実現した。」

フリーフォームオプティクス(フリーフォーム表面を使用して光を正確に制御する高度な光学素子)は、超薄型でありながら広大な指向性バックライトシステムを作成するために必要な設計の柔軟性を提供した。ディスプレイの各ビームシェーピングチャンネルには、LED光源、絞り、および入射光を正確に方向転換して正確な指向性を備えた均一な照明を生成するフリーフォームレンズが統合されている。研究チームは、これらのビーム整形チャネルを並べて、カスタマイズされた大面積指向性バックライトシステムを作成した。また、ディスプレイには2層のマイクロ三角柱で構成されるモジュールを使用しており、指向性を維持しながらバックライトの放射照度の均一性を大幅に向上させている。

従来のディスプレイよりも明確な向上
新しいデザインに基づいて32インチのプロトタイプを作成した後、研究チームは、人間の目が奥行きと明瞭さをどのように認識するかをシミュレートするためによく使用されるセットアップであるf/2.8絞りを備えた50mm固定焦点レンズを使用してその性能を評価した。

ある実験では、超薄型3Dライトフィールドディスプレイを使用して、宇宙ステーションの外に浮かぶ宇宙飛行士の画像をレンダリングした。ディスプレイは1mの連続奥行き範囲と120°以上の視野角を示し、没入型でリアルな視覚体験を提供した。

また、新しいデザインを従来の散乱バックライトディスプレイと比較したところ、ボクセルが6倍小さくなり、遠くから見ても解像度が維持されることがわかった。また、このディスプレイは、バックライトディスプレイを散乱させるよりも、視覚情報を使用して画像を生成する効率が約100倍高かった。

研究チームは現在、光学効率を向上させながら、デバイスの厚さと重量をさらに減らすことに取り組んでいる。商品化のためには、より小さなピクセル構造を開発し、ピクセル密度を高め、ピクセル形状を最適化して3Dディスプレイ技術との互換性を高めるために、より多くの作業が必要であると指摘している。