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あとから見ると無駄な計算でも その答えから「ああそうか」と思うことがある宇都宮大学 オプティクス教育研究センター 特任教授 一般社団法人 日本光学会 会長 黒田 和男

銅蒸気レーザーはすごく大変なレーザー

聞き手:光学分野に進まれたきっかけと,また,光学に魅了された理由などをお聞かせください。

黒田:研究室を選ぶことになったころは,レーザーがすごく盛んで花形でした。それで面白そうだと思ったというか,流行に乗ったという感じでした。
 1968年,これは私が大学3年生の時でしたが,いわゆる東大紛争というのが起きて,毎日がお祭りみたいな状況で2年間ぐらい過ごしたのです。それでもちろん本郷にもレーザーの研究室はあったのですが,生研にも小倉先生という光の先生がいらっしゃって,そこでレーザーをやろうということで本郷を離れて六本木の生研にいったわけです。
 1971年大学を卒業し,大学院に進みました。私はどちらかというと理論が好きでしたので,大学院時代はヘリウムネオンレーザーを用いてガスレーザーの理論を研究していました。
 その後助手になった時に実験を始めたのが銅蒸気レーザーでしたが,これがすごく大変なレーザーでした。そうして20年ほどガスレーザーを主に研究をしていたのですが,だんだんとガスレーザーの研究が縮小してきていました。そこで違うテーマをさがそうということでフォトリフラクティブ材料を取り上げました。これが一番私としては時間をかけた研究になりました。
 この研究はホログラフィックメモリーの研究に繋がりました。これは今,東大生研の志村先生が中心となって研究を続けています。同じく,元々はフォトリフラクティブ材料のつながりから始めたのですが,分極反転素子を用いたフェムト秒レーザーの波長変換について,当時の学生で,今は生研准教授の芦原さんを中心に研究をしました。
 それからスピンの光制御,これは今,九州大学准教授の佐藤琢哉さんが始めたものです。研究所でしたのであまり学生の数は多くないのですが,マスターやドクターの学生さんが中心になっていろいろなテーマで研究を続けることができました。

カラースペックルという名前にこだわる

聞き手:レーザーディスプレイの研究に至った経緯をお教えください。

黒田:銅蒸気レーザーを何に使えるかといろいろ研究していた時に,画像の輝度増幅をテーマの一つにとりあげました。これはロシアに先行する研究がありました。
 画像輝度増幅の光学系をプロジェクターとしてみるとレンズの口径,つまりNAがすごく小さく,あまり収差を気にしなくていいのです。それでいてものすごく明るい像を投影することができます。対物レンズを使って,顕微鏡像を大きな画面に投影したりしていました。これはプロジェクターといえばプロジェクターですが,現行のレーザーディスプレイとは別のものです。しかし,何となく,レーザーを用いた画像に興味を持っていました。
 レーザーディスプレイの研究グループを阪大の山本和久先生と一緒に始めました。山本さんと知り合った経緯は,分極反転素子の研究を始めたころ,松下電器で分極反転素子の研究をしていた山本さんのグループに,技術を習いに行ったのがはじめでした。また,微小光学研究グループの実行委員同士ということで,ときどき顔も合わせていました。
 そうして2007年に,懇親会の席で山本さんに,レーザーディスプレイの研究を発表する場がないと相談を受けたのです。ディスプレイの学会はもちろんあるのですが,すごく巨大でした。その当時のディスプレイは液晶が主流で,レーザーはほとんどありませんでした。もう少しレーザーディスプレイに特化したものをやりたい,是非やりましょうという話になって,2人で日本光学会の中に研究グループを立ち上げたのです。それが10年前。ですから私自身がレーザーディスプレイの研究をしていたのではなく,山本さんにうまく乗せられたのが実情ですね。
 ただレーザーディスプレイで大きな研究課題としてスペックルの問題がありました。私はレーザーの研究をずっとやってきていましたから,スペックルになじみがありましたが,ディスプレイの人たちはあまりスペックルのことを知りませんでした。それでスペックル関係では少し貢献できるかなと思ったのです。
 カラースペックルという概念を提唱したのが私のこの業界への唯一の貢献と思っています。スペックルの元の意味は小さな斑点です。レーザー光でスクリーンを照明します。本来一様に照明しているはずなのに,スクリーンを観測すると,小さな明るいスポットがいっぱい見えるわけです。レーザー光はコヒーレンスがいいので,スクリーンで散乱された光が干渉して,不規則な干渉縞を作ります。これがスペックルの起源です。
 カラーのプロジェクターではRGBの3原色を重ねる必要があります。その時,3色がそれぞれ別々のスペックルをつくるのです。3色の合成で色をつくりますから,強度比はすごく重要になります。例えば白色を出すにはある強度比でRGBのレーザーを重ねる必要があります。ところが,スペックルができるとRGBのレーザー強度がそれぞれ独立に揺らぐので,色が変わってしまいます。
 ですから,レーザーディスプレイでは,スペックルがあると強度のスペックルよりも,色のスペックルが見えることになります。それをカラースペックルといいます。実際,現象としては皆が気が付いていたと思うのですが,定量的に解析した人はいませんでした。私がそれを解析して,色度空間で色がどのように分布するかというのをシミュレーションしました。
 これには1つこだわったことがあります。それはカラースペックルという名前です。最初に論文を書く時に何か名前を付けないといけないのですが,もちろんまだ名前は確定していません。英語でいうと普通のスペックルのことをモノクロマティックスペックル,つまり単色のスペックルといいます。普通はモノクロマティックなので形容詞を付けないのですが,区別しようとすると必要になります。そうするとモノクロマティックに対しては,クロマティックスペックルになります。最初はそう命名しようと考えていました。
 でもちょっと待てよと思い止まりました。光学に前例があるのを思い出したのです。それは色収差です。写真を撮った時にレンズのできが悪いとエッジの色が付く現象ですが,英語ではクロマティックアベレーションといいます。単なる収差はモノクロマティックアベレーションです。そのアナロジーでいくと,日本語に直した時に色スペックルになります。つまり単色スペックルと色スペックルになりますが,これは何か語呂が悪いなと思ったのです。それだったら色よりカラーのほうがいいかなと考えました。クロマティックスペックルというふうに英語で呼んでしまうと,必ず日本語の翻訳は色スペックルになる。これはまずいというので,初めから英語でカラースペックルにすれば,日本語もそのままカタカナになるだろう思い,そこは少し迷ったのですが,カラースペックルという名前にしました。今はそれで定着しています。
 実はスペックルそのものが,それまでのディスプレイにはない現象だったので,標準化が必要だろうということになり,その標準化の委員会を立ち上げました。
 標準化を得意とする人たちと組んで,最初は単色のスペックルで用語や計測法の標準化をしました。これは既に国際標準になっています。その次の段階としてまだ途中ですが,カラースペックルの標準化を進めています。

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黒田和男

黒田和男

●黒田和男(くろだ・かずお)先生のご経歴
1947年 東京都生まれ 1971年 東京大学 工学部 物理工学科卒 1976年 東京大学大学院 工学系研究科博士課程修了 1976年 東京大学生産技術研究所 助手 1983年 東京大学生産技術研究所 助教授 1992年 コロラド大学客員研究員 1993年 東京大学生産技術研究所 教授 2012年 定年退職し,東京大学名誉教授 2012年 宇都宮大学オプティクス教育研究センター特任教授
● 研究分野
気体レーザー,フォトリフラクティブ材料とその応用,フェムト秒レーザーの波長変換とその応用,ホログラフィック光メモリー,レーザーディスプレイにおけるスペックル対策など
●主な活動・受賞歴等
SPIE, OSA, JSAPフェロー, 日本光学会会長

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