暗視ゴーグルは世界を緑一色に平坦化する。その理由は、赤外線に色の情報が欠けているからではない。従来の装置がその情報を捨ててしまい、すべてを明るさの階調に変換しているからだ。北京理工大学のXin Tang氏とGe Mu氏が率いるチームは今回、情報を保持したままフルカラーに変換する装置を開発した。カメラや画像処理装置ではなく、検出器内部の物理的なエネルギー障壁によって実現している。2026年7月29日付のScience Advancesに報告された成果は、赤外線の映像を色相で描き出すメガネであり、そのアップコンバート光は生きた視細胞さえ駆動できる。
視覚は、光子が網膜の光感受性色素に当たり、その形を変化させるところから始まる。この過程には、おおよそ1.6電子ボルトという最小の光子エネルギーが必要だ。波長が700ナノメートルより長い赤外線の光子はこれより低いエネルギーしか持たないため、私たちには見えない。そのため、太陽の放射エネルギーの半分以上は、熱を放射したり反射したりするあらゆるものとともに、人間の知覚の外に取り残されている。既存の暗視装置はそうした不可視の光の一部を捉えるが、可視光ディスプレイに配線された光検出器を通して映像化するため、届いた光の量しか符号化されない。暖かい物体はわずかに明るく、冷たい物体はわずかに暗く、すべて同じ緑がかった色合いに映る。しかし人間の目は、明るさの微妙な違いよりも色相の微妙な違いを見分けるのにはるかに優れている。モノクロ方式では、目の感度の大部分が生かされないままになる。
北京チームの検出器は、波長そのものを選択可能にすることでこの問題を解決する。感応層はテルル化水銀コロイド量子ドットでできており、直径およそ4ナノメートルの結晶だ。これほど小さいと、量子閉じ込め効果によってエネルギー準位が離散的な階段状に分裂する。バルク半導体ではエネルギー帯は連続的で、すべての赤外線光子がほぼ同じ応答を生む。量子ドットでは、波長の異なる光子が異なる電子遷移を励起する。チームが試験した最長波長であるおよそ2マイクロメートルの光は、基本バンドギャップを越えて電子を持ち上げるのにちょうど足りるエネルギーしか運ばない。一方、より短い赤外線波長は追加の高エネルギー遷移を開き、強い光は1光子あたり複数の電子正孔対を叩き出すことさえできる。その結果、量子ドット層から出ていく電荷キャリアの数が、届いた光の波長と強度の両方を符号化する。
そのキャリア数を色に変換するのが、物理学が符号化を行う部分だ。装置は正孔が進む経路上に2つの発光層を重ねている。検出器に近い赤色発光の蛍光体層と、その奥にあるシアン色発光の層で、両者は0.82電子ボルトのエネルギー障壁で隔てられている。暗い光や長波長の光から来る正孔が少ないときは、すべてが赤色層に捕獲され、装置は赤く光る。キャリアの流束が増えると赤色発光体の捕獲サイトが飽和し、正孔が障壁を越えてシアン色層に入り始める。そのため2つの発光が混ざり合い、知覚される色が変化する。この変化はルックアップテーブルではなくキャリア数に結びついているため、出力される色は波長と強度を同時に符号化する。論文によれば、光子から光子へのアップコンバージョン効率は3.85パーセント、輝度は1平方メートルあたり700カンデラを超え、単色の設計より2桁以上細かい赤外線出力の差を識別できる。
チームはこの手法を装着可能な形で実証した。重さ23グラム、有効表示面積3.57平方センチメートルの半透明メガネだ。短波長赤外線で照らすと、標準的なカメラでも捉えられる鮮明なカラーコード化画像として、試験パターンや動く物体を映し出した。その間も、通常の可視光は半透明の積層構造を通り抜ける。原理上、同じ装置で、通常の視界に赤外線情報を重ねる拡張現実モードと、赤外線だけの没入型モードを切り替えられる。より野心的な主張は生物学的なものだ。研究者らは、ニューロンを青色光に反応させる光感受性タンパク質であるチャネルロドプシン2を産生する細胞にアップコンバーターを結合させ、赤外線照射によってそれらの細胞に光電流を引き起こした。この装置を通して送られた赤外線パルスは、マウスでは明確な脳波応答を、人間の被験者では明確な網膜電図応答を生んだ。同じパルスでもアップコンバーターなしでは、まったく測定可能な応答が生じなかった。つまり、アップコンバートされた赤外線は生物の視覚経路に入り込むことができるのだ。
この論文は、人間の視覚を赤外線領域へ広げようとする一連の試みに続くものだ。昨年、中国科学技術大学の研究者らは、ボランティアが近赤外線のパターンを色付きでも識別できるアップコンバージョンコンタクトレンズを実証した。北京の装置は2点で異なる。眼内レンズではなくメガネ装着型ディスプレイである点と、色の仕組みが完全に物理的で、蛍光体のスペクトル工学ではなく障壁から生じる点だ。著者らはこの研究を、赤外線視覚のモノクロというパラダイムを超えるものだと説明している。
実証と製品の間には注意点がいくつもある。すべての試験は、校正された黒体放射源と高コントラストのパターンを使った管理された条件下で行われており、夜の実際の街路にあるような混在した赤外線環境ではない。OLED側には外部電源が必要で、メガネは受動的なレンズというより小型の電源付きディスプレイに近い。さらに、テルル化水銀は重金属化合物だ。論文は長期間の皮膚接触については何も述べておらず、著者らが示唆する埋め込み型網膜プロテーゼは、シャーレの中の単離ニューロンや外部からの脳波測定では答えられない生体適合性の問題に直面するだろう。アップコンバート光が実際の視覚を駆動できるという実証は本物だ。そこからフルカラーの赤外線メガネに至る道は、電源、現実の場面、毒性という順に課題を通過する。
References
Chengchang Fu, Jintao Zou, Xiaoxue Yang, Qun Hao, Xin Tang, and Ge Mu, Multispectral infrared-to-full-color upconversion expanding human vision. Science Advances 12, eaed0245 (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed0245.
Jacek Krywko, Researchers devise a full-color night vision goggle. Ars Technica, 31 July 2026.
Near-infrared spatiotemporal color vision in humans enabled by upconversion contact lenses. Cell 188(13), 3375-3388 (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.019.
雅子 訳