次世代レンズによる拡張現実の強化

世界最大のオンライン デザイン スクールの 1 つである Interaction Design Foundation は、次のように定義しています。 拡張現実 「デザイナーがコンピューターによる入力によってユーザーの物理的な世界の一部を強化する体験」と定義されています。IBMは、常に革新的な技術を私たちに紹介してきた先駆的な企業の一つです。 AR を次のように考え、研究しています 「デジタル情報をユーザーの環境にリアルタイムで統合する」 

これらの定義は、拡張現実が根本的な飛躍に他ならないことを証明しています。これには、テクノロジーが私たちに提供できるものについての非常に想像力豊かな認識と、それらの認識を現実にするために複雑に構築されたソリューションが含まれます。 

拡張現実を地上で効果的かつ効率的に提案するには、うまく機能するために多くの要素が必要です。デジタル世界と物理世界の融合は、不具合がなく、シームレスでなければなりません。インタラクションはリアルタイムで発生する必要があり、3 次元インターフェイスにおける仮想オブジェクトと現実のオブジェクトの識別は正確でなければなりません。 

長年にわたり、研究者と革新的な技術プロジェクト チームは、これらの要素を完成させるために絶えず努力してきました。新しい研究がこの分野に大きな興奮をもたらしました。科学者たちは、励起子によって可能となり、将来の AR メガネに使用できる地球上で最も薄いレンズを作成しました。次のセグメントでは、この研究をさらに詳しく掘り下げます。 

エキシトン対応レンズ: 地球上で最も薄い

研究者のグループ アムステルダム大学とカリフォルニア州スタンフォード大学の研究チームは、二硫化タングステン (WS2) の単層を利用して、幅が 0.0000006 ミリメートル、厚さがわずか 0.6 ミリメートル (XNUMX ナノメートル) の平面レンズを開発しました。これらのパラメータにより、レンズが最も薄くなります。 地球。 

レンズの構築に非常に珍しい材料が使用されているだけでなく、このレンズはその仕組みにおいても例外的です。通常のレンズはその湾曲した形状に基づいて光を曲げて焦点を合わせますが、この 3 原子の厚さの平面レンズは量子効果を利用しています。 

これらのレンズは、通常のレンズとは異なり、屈折ではなく回折現象を利用しています。WS2の同心円状のリングと、その間に隙間を設け、回折によって光を集光します。これらのリング間の距離とサイズによって、レンズの焦点距離が決まります。 

集束を効率的に行うために、これらのレンズは WS2 内の量子効果に依存しています。西テキサス A&M 大学物理学准教授 Christopher S. Baird 量子効果を効果として定義する それは「古典物理学では正しく予測されていないが、 ちゃんと予測されてる 量子論によれば、古典物理学では「物質」は小さな固体粒子から成るものとみなされます。

「したがって、物質の破片が波のように振る舞うときはいつでも、量子効果を実証していることになります。」

– ベアード教授

たとえば、超伝導は巨視的な量子効果です。 この場合、量子効果は材料を許可する方向に働きます。 特定の波長の光を効率的に吸収して再放射する。その結果、レンズにはこれらの波長でより適切に機能する機能が組み込まれています。 

量子効果の役割をより深く理解しようとすると、WS2が電子をより高いエネルギー準位に送ることで光を吸収し、増幅作用を発揮することがわかります。負に帯電した電子がなくなることで、原子格子に正に帯電した正孔が残ります。この正孔は、電子と正孔の間に働く静電引力によって結合したままになります。このように電子、格子の正孔、そしてそれらの間に働く力が形成されると、「励起子」と呼ばれます。励起子から放出される光の特定の波長において、これらのレンズは効率の明確なピークに達します。 

論文の著者の一人であるヨリック・ファン・デ・グループ氏は、これらのレンズがARのさらなる進歩に貢献する理由を分かりやすく説明しています。ヨリック氏は次のように説明しています。

「このレンズは、レンズを通しての視界を妨げない用途で使用できますが、光のごく一部を利用して情報を収集することができます。これにより、拡張現実などのウェアラブル メガネに最適です。」

研究者らは、より複雑で多機能な光学コーティングを試すことで、ソリューションをアップグレードし、より効率的にしようとしています。 これらのソリューションでは、機能を電気的に調整できます。励起子を利用する利点の一つは、励起子が材料の電荷密度（特定の場における電荷の蓄積量を表す指標）に非常に敏感であるため、電圧を印加することで材料の屈折率を変化させることができることです。

総合すると、この実験とその結果は、AR と AR デバイスでのレンズの使用に革新的な影響を与える可能性があります。 AR レンズはユーザーが現実を超えた空間と対話するための重要なインタラクティブ ツールであるため、科学者は当初から AR レンズの品質を実験してきました。数年前、同様の画期的な実験により、最初の AR ベースのスマート コンタクト レンズの地上テストが行​​われました。

AR/VR のフロンティアを再定義する異端児企業のリストについては、ここをクリックしてください。

史上初のARベースのスマートコンタクトレンズ

2022 年、マイクロ LED テクノロジーの未来をリードするパイオニアであると主張する企業である Mojo Vision は、Mojo Lens の発売を発表しました。 世界初の拡張現実コンタクトレンズこれは、同社が2020年に最初に発売した完全に自己完結型のMojo Lensプロトタイプのアップグレードでした。 

プロトタイプには、直径14,000mm超、ピクセルピッチ0.5ミクロン、1.8インチあたりXNUMXピクセルのマイクロLEDディスプレイが搭載されていました。当時、これは動的なコンテンツに対応する世界最小・最高密度ディスプレイとされていました。さらに、連続的な眼球運動追跡を可能にするために、カスタム構成の加速度計、ジャイロスコープ、磁力計を搭載していました。しかし、このレンズを使用するには、ユーザーが首にARMプロセッサを装着する必要がありました。ARMプロセッサは、レンズと眼球運動を追跡するコンピューター間の無線中継を可能にしていました。

2022 年から 2024 年にかけて、Mojo Lens はテクノロジーと製品の革新を続け、28,000 インチあたり XNUMX ピクセルに達するダイナミック ディスプレイを提供しました。の 現在のコアテクノロジーには、 サブミクロンスケールの効率的な青色マイクロLEDデバイスと高効率の量子ドットインク一方、 ディスプレイ システムは、最適化された CMOS バックプレーン、ウェーハ間の接合、カスタム マイクロレンズ光学系の柱の上にあります。 

はるかに小さなuLEDエミッターの上に配置されたピクセルピッチと一致する直径を持つMojoマイクロレンズを使用することで、従来のディスプレイと比較して、一般的なAR導波路の入射瞳に最大5倍の光束を届けることが可能です。

Mojo Lens ソリューションはトレンドセッターですが、大手テクノロジー企業はハイエンドの最先端の AR 表示ソリューションの構築に多大な研究とリソースを投資してきました。

#1。 3M

AR/VR デバイス向けの高度な光学ソリューションの開発で驚異的な成果を上げた世界的企業の 3 つが XNUMXM です。 その光学ソリューション 仮想世界と物理世界をシームレスに統合する、最適な品質の没入型ビジュアルを提供するヘッドセットをサポートします。 

3M が最先端レンズのほとんどを開発する際の驚異的な技術の XNUMX つは、折り曲げ光学系またはパンケーキ光学系のパラダイムです。このパラダイムでは、この技術により光路が折り畳まれ、広い視野 (FOV) とより薄いデバイス全体で鮮明な画像が得られます。 

3 年のディスプレイ コンポーネント オブ ザ イヤー協会を受賞した 2022M HARP レンズは、複屈折反射偏光子を統合して、レンズ構成に折り曲げ光学系を使用したヘッドマウント ディスプレイ用のコンパクトな中 FOV 接眼レンズと広 FOV 光学系を製造しました。 

3M は、Pegatron プロトタイプ ヘッドセットに HARP レンズを使用して、フレネル レンズ モジュールを使用したヘッドセットと比較して 50% 薄いレンズ モジュールを製造し、結果としてヘッドセット全体が 40% 薄くなりました。 

このレンズにより、ディスプレイとユーザーの目の間の距離が短くなり、全体的なプラスチックの量と重量が減りました。 

MTF (変調伝達関数) は、撮像時に物体のコントラストを維持するレンズ システムの能力を測定するために測定されます。 3M HARP レンズは、9 ミクロンもの小さなピクセルに対して許容可能な MTF を実証しました。 3M は、さまざまなアプリケーションや業界向けの AR ソリューションに取り組んでいると主張しています。

2023年度に向けて3Mの年間収益は32.68億2022万ドルで、34.23年のXNUMX億XNUMX万ドルから大幅に増加した。 

#2。 コー​​ニング

「ガラス科学、セラミックス科学、光学物理学における比類のない専門知識と高度な製造およびエンジニアリング能力」を有すると主張するもう1つの世界有数の企業は、拡張/混合（AR/MR）現実デバイス向けの最先端のガラスベースのソリューションの開発で名を馳せています。

最初に提供したのはコーニング社でした 大手AR/MRデバイスメーカー向けの超平坦、高屈折率ガラスウェーハ。ソリューションの開発において、コーニングは導波路ベースの設計を活用しました。 

導波路ベースの設計の利点は、より滑らかで軽量な AR デバイスの構築が容易になるという事実です。これらの導波路は、高屈折率の超平坦なガラスを利用して画質を最適化し、大きなアイボックスを提供し、その結果、没入型品質に関する限り、ユーザー エクスペリエンスが大幅に向上します。ソリューションとは別に、コーニングは AR/MR デバイスの大量製造に関心のある顧客に AR/MR デバイス製造テクノロジーも提供しています。コーニングは、Corning Tropel のクラス最高の平坦度測定機器と、Corning Laser Technologies の高精度自動レーザーガラス切断機を提供しています。

2023 年通年, コーニングはGAAPベースの売上高を12.6%減の11億ドルと記録した。 

AR 対応光学ソリューションの将来

拡張現実は、私たちが視覚や見方を認識する方法を劇的に改善する可能性を秘めています。スマート コンタクト レンズの世界は成長しており、サムスン、ソニー、グーグルなどの企業が重要な研究開発リソースをそれに投資しています。 

サムスンの関与 スマートコンタクトレンズの製造 持っています 議論された 同社がスマートコンタクトレンズに関する特許を申請した2016年以来。推測的な報道によると、この特許は 提出された 装着者の目に画像を投影できるスマートコンタクトレンズ技術の申請。韓国の科学者が開発したこの出願は、 中心にあった AR互換性の面では、レンズには小さなディスプレイ、カメラ、アンテナが搭載されていました。コンピュータで生成した画像を現実世界に重ね合わせることができる。報告によると、センサーはまばたきによって制御でき、着用者はまばたきすることで写真を撮ることができるという。 

ARの成功により、 より敏感で没入感が増すという点で、その光学機能の分野で起こる革新に大きく依存します。 

将来的には、ユーザーが視界に情報を快適に重ね合わせられるレンズが登場するでしょう。情報の種類は、ナビゲーションの詳細から外国語の翻訳、リアルタイムの更新まで、何でも構いません。 AR コンタクト レンズのもう 1 つの重要な利点は、視覚障害者に革新的なソリューションを提供できることです。 

ただし、このサービスを可能な限り最も効率的な方法で提供するには、レンズの物体の識別、顔の認識、および音声による合図の提供をさらに改善する必要があります。 

次世代の AR コンタクト レンズは、ソリューションの利便性と携帯性を扱う分野で明確な勝者として浮上するでしょう。ヘッドセットをより軽く、より快適に装着できるようになります。次世代レンズの成長を促すもう 1 つの側面は、視力の向上を超えて、多数の監視機能が組み込まれていることです。

バイオマーカーを含むこれらの監視パラメータは、ヘルスケアと診断の分野で AR が繁栄するのに役立ちます。 

ただし、開発者はソリューションを開発する際に、いくつかの重要な側面に留意する必要があります。レンズはプライバシーの問題に積極的かつ適切に対処する必要があります。潜在的なリスク領域と重要な情報の悪用が最小限に抑えられるようにする必要があります。そうして初めて、AR は私たちの日常生活の一部となるでしょう。 

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