随着增强现实(AR)和虚拟现实(VR)等新视觉体验技术的出现,智慧眼镜和头戴式显示器等视频设备的性能也逐年提高。TDK 最新开发的用于在 AR 智能眼镜上显示图像的激光组件在尺寸上实现了的大幅减小。


作者:TDK 株式会社

 

新的视频体验:不断扩大的 AR/VR 市场


过去,传统的电视、PC 和显示器仅允许被动观看。然而,借助例如 AR 和 VR 等下一代技术,人们可以通过迭加的图像、信息和透视图来体验扩展的现实,这些图像、信息和透视图可以根据动作而变化和调整。随着视频显示技术和软件的不断发展,包括智慧眼镜* 1 和头戴式显示器* 2 在内的视频设备市场有望在未来几年内大幅扩大。


智能眼镜 / 头戴式显示器的市场规模


 
来源:株式会社富士凯美莱总研,2020 年电子设备全球市场总调查


在不久的将来,AR 有望进一步发展。例如,在智能手机的游戏中人物出现在真实的环境里以及在 CG 模拟应用上人们可以在购买前测试家具在房间中的摆放情况。智慧眼镜等可穿戴设备也正在进入市场。它们正越来越多地投入到实际使用中,例如在工厂中可以指导员工戴上这种眼镜,针对工作程序进行指导,或者在博物馆中参观者可以获取有关展出作品的信息。然而,由于其显示器和激光组件的尺寸和重量较大,因此早期版本的智慧眼镜在可穿戴性、外观和舒适性方面都存在问题。为了改善 AR 体验的质量,就需要更小更轻的设备。


新型激光模块可大幅减小尺寸


常规的 AR 兼容智能玻璃模块将来自激光组件的三基色(RGB)都反射到透镜和反射镜上,然后将它们投影为单束光以显示图像。这种被称为空间光学模块的类型需要多个组件,缺点是体积较大。


为了解决这个问题,TDK 着眼于新的平面波导技术* 3 ,该技术既不需使用透镜也不需使用反射镜,所以可以大幅减小模块尺寸。由先进的光学电信技术公司 NTT 开发的平面波导技术可以通过平面路径(波导)合并 RGB 光,将该技术与 TDK 的高精度制造技术相结合,可将最终模块的尺寸减小到常规空间光学模块尺寸的十分之一。这也使图像能够实现最多 1620 万种颜色的全彩显示,而高质量的图像将进一步提高 AR 体验的品质。


基于平面波导技术的新型光学模块


这项新技术结合了激光组件通过平面路径发出的光,可以在超小型激光模块中实现约 1620 万种颜色的全彩显示。

 


(左)使用空间光学模块的产品图像。(右)使用新的平面波导模块的产品图像。减小的模块尺寸有助于从整体上减少智慧眼镜的尺寸和重量。


从新模块发出的激光束被可视化到 MEMS 反射镜上,然后从透镜反射回来并直接投射到眼睛的视网膜上。与人们看到真实物体的方式不同,直接投射到视网膜上的图像将始终清晰,而无需调整焦点。当用于在环境视图中将图像进行分层的 AR 眼镜中时,所有元素都保持聚焦,从而可以提供更逼真、更优质的 AR 体验。


开始作为视觉辅助组件展开实际应用


TDK 的超小型激光模块目前正在集成到智能眼镜视觉辅助设备中,以利用该技术的实际功能——将清晰的图像直接投射到视网膜上。这种辅助装置通过在框架中央配备照相机并直接成像到视网膜上的原理,使得用户能够看到不受眼睛屈光部位(即角膜、晶状体)状况影响的清晰图像。TDK 采访了开发了该智能眼镜辅助工具的 QD Laser,Inc. 激光设备和视觉信息设备部门的铃木诚技术总监。“当我们听到到与助听器相对的‘视觉辅助’设备这一概念时,我们发现这种直接成像技术实际上具有解决视觉问题的真正潜力。近视、远视、散光或老花眼的人有可能无需使用矫正眼镜或隐形眼镜就能看到投射的图像。”


此外,铃木表示,随着显示技术的不断发展,智慧眼镜有可能在未来取代智慧手机成为智慧设备。“我们认为,一旦我们能够改善笨拙和不舒适的设计,减小尺寸并提供与当前智能手机相同的信息量,智慧眼镜将在未来几年真正实现飞跃。尽管我们目前还无法实现这一目标,但我们希望超小型激光模块将成为克服现有挑战的关键组件。”


在视觉辅助产品中的应用


目前正在考虑将 TDK 的激光模块用于智能眼镜中,该眼镜通过将图像直接投射到视网膜上来辅助视觉。
(照片由 QD Laser 提供)

 

从 HDD 磁头加工中发展而来的 TDK 制造技术


超小型激光模块的实现得益于多年来 TDK 在生产各种电子组件方面累积的制造技术。HDD 磁头精密加工所涉及的方法衍生出了一种技术,该技术用于在称为载体的小板上固定并仔细打磨极小的激光组件(宽度约为 100μm)。此外,HDD 热辅助磁记录头的制造过程还采用了用于连接纳米级激光组件的技术。铃木解释了为何为公司的智能眼镜产品选择 TDK 的激光模块的原因。

 

“TDK 拥有丰富的功能组件的设计与制造知识,并且能够灵活地应对新产品的量产。另一个原因则是 TDK 的高级检查功能。”


超小型激光模块在 AR 等显示技术中的实际应用正在增长。这些微小的模块有望越来越多地集成到智慧眼镜(可能是下一个后智慧手机设备)和视频设备中,例如兼容 VR 的头戴式显示器和超便携投影仪,并且在未来具有巨大的潜力。

 


  
本文介绍的产品超小型激光模块已在 2020 年 CEATEC 奖 New Normal Society 的元素技术 / 设备类别中赢得了 Semi-Grand Prix 奖。

 

网址:www.tdk.com

 

术语


1.    智能眼镜:形状像眼镜的可穿戴设备,通常配备 AR 显示器。通过 Wi-Fi 或其他方式连接到智能手机或计算机来使用。它可以将各种信息迭加在实际的周围景观上,并有可能取代智慧手机,成为未来的下一个智慧设备。


2.    头戴式显示器(HMD):戴在头上的视频显示设备,用于 VR。越来越广泛地用于娱乐、医疗和工业用途等应用中。


3.    平面波导技术:形成光波导的技术类似于光纤中的光波导,但在平面基板上。