ネバダ州ラスベガス発― 拡張現実（AR）と複合現実（MR）を実現する主要技術の一つが導波管です。英国のWaveOptics社は、ARグラス向けに設計された新しい導波管モジュールシリーズを展開しています。このモジュールは、フルカラー、比較的広い視野角（FoV）、低コスト、そしてよりスケーラブルな製造プロセスを特長としています。CESでWaveOptics社に会った際、担当者は具体的な内容を明かしませんでしたが、同社が大手顧客と提携していると述べました。これは控えめに言っても、AppleやMicrosoftといった大手企業と交渉中である可能性が高いことを示唆しています。
（ちなみに、導波管って何ですか？）
導波管はARグラスの主要部品であり、プロジェクターからの光の波を目の前のグラスへと導き、仮想物体を3Dで認識できるようにするものです。HoloLensがIntel Cherry Trailチップだけで驚異的な映像を生成する、完全に自己完結型のヘッドセットを実現している鍵の一つです。
このモデルを、ViveやRiftのような完全に遮蔽されたVRヘッドセットと比較すると、より理解しやすいかもしれません。VR HMDを装着すると、実質的には目の前に小さなモニターを置くことになります。ヘッドセットでVR体験を実行するには、すべてのグラフィックを高解像度・高フレームレートでレンダリングし、その小さなディスプレイに表示する必要があります。実際には、ゲーミングPCとモニターの間で行われていることの縮小版に過ぎませんが、両眼の形で、眼球とディスプレイの間に一対のレンズが配置され、すべてが3Dで見えるようになっています。これには膨大な計算リソースが必要です。
導波路モデルは、ある意味正反対です。高解像度ディスプレイにグラフィックをレンダリングする代わりに、ライトエンジンと呼ばれるものを使って小さな画像を作成し、それを導波路に投影することで、その画像を見ることができるのです。レンダリングされた画像は非常に小さいため（HoloLens上と同じように）、必要な計算リソースは少なく、軽量でスリムな眼鏡型のデザインが可能になります。
物理的に言えば、導波管とは、数ミクロンの厚さの空気層を持つ多層ガラス板の集合体です。眼鏡のレンズに似ていますが、層状になっています。ガラス板の上部にはプリズムがあり、プロジェクターからの光を導波管へと曲げます。導波管自体には、能動的な電子部品や可動部品は存在しません。
WaveOptics Phloxモジュール
光エンジン、プロジェクター、導波管が組み合わさってモジュールを形成します。WaveOpticsは、完成段階の異なる3種類のモジュール（「Phlox」と名付けました）を保有しています。2種類は両眼視と40度の視野角（FoV）を提供し、もう1種類は単眼のプロトタイプで、WaveOpticsが50～55度の視野角（FoV）の実現に向けてどのように取り組んでいるかを示すものでした。
最初の2つのうち、1つはPhlox 40度DMDモジュール、もう1つはPhlox 40度LCoSモジュールです。デジタル・マイクロミラー・デバイス（DMD）と液晶オンシリコン（LCoS）は異なるディスプレイ技術ですが、目に見える最終結果という点では機能的には同じです。前者はTIディスプレイを使用し、消費電力が低く（片面あたり約0.5W）、後者は製造コストは低いものの、消費電力は高くなります。DMDモジュールは今夏に生産開始予定ですが、LCoSモジュールも間もなく生産開始される見込みです。
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DMDモジュール
この（単眼）高視野角モジュールにはまだ正式な名称がなく、WaveOptics社は単に「High Field Of View（高視野角）」モジュールと呼んでいました。CESの会場では、WaveOptics社は青色光のみを照射できるモジュールを披露していました。次に赤色光も照射できるようにする方法を検討する予定ですが、まずは「赤色」導波管を開発する必要があります。同社は2018年末までに、システムインテグレーター向けにフルカラーの両眼用モジュールをサンプル出荷する予定です。
40度の視野角を持つ2つのPhloxモジュールは、眼鏡の上から（正確には眼鏡の前に）装着できるように設計されています。WaveOpticsによると、アイボックスが十分に大きい（アイレリーフ25mmで19 x 15mm）ため、IPD調整は不要とのことです（IPDは63mmに設定されています）。16:9の720p画像を提供し、コンテンツに応じて2Dまたは3D画像を表示できます。また、5mから無限遠までの焦点距離も保証されています。
視野角平均で200nit/ルーメンの輝度効率、80%の透過率、50:1のコントラスト比を実現しています。モジュール本体のサイズは39.1 x 44.1mm、厚さは3.1mm、重量は12gです。（これはかなり軽量です。比較対象として、やや重いゲーミングマウスの重量は10倍あります。）
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LCoSモジュール
ウェーブオプティクスの秘密のソース
WaveOpticsのデザインには、競合他社との差別化要因として同社が主張するいくつかの特徴があり、そのすべては2D瞳孔拡張技術によるものだ。WaveOpticsによると、この場合の「2D」とは、「光の出射領域をX方向とY方向の両方で拡大することで、目の間隔が異なるユーザーにも『問題なく機能する』ようにする」ことを指す。この拡張は「段階的に」行われ、導波管が光を異なる色に分割してから、それらを可視画像に再結合する。WaveOpticsは2段階、HoloLensは3段階を採用していると担当者は述べている。
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表面的には、ステップ数が少ないほど光の散乱や反射の問題が軽減されるようです。基本的に、投影された光が導波路に当たると、導波路は光を青と赤に分割し（WaveOpticsの資料によると、緑の光は「赤と青の導波路で共有」されます）、導波路のガラス板に反射させます。導波路を銃身に例えてみましょう。ライフリングが優れているということは、「弾丸」（この場合は光線）がより効率的かつ正確に進路を進むことを意味します。つまり、結果として、より高品質な画像が生成されるということです。
一方、3段階ではなく2段階になったことで、散乱や反射の可能性が減り（いわば「砲身」が1つ減った）、WaveOptics社によると、画質をあまり損なうことなく公差を緩めることができるため、製造が容易になり（ひいてはコストも削減される）、モジュールも物理的に軽量・小型化されるため、フォームファクタの小型化も可能になる。
WaveOptics の計画が期待通りに進めば、システム インテグレーターは今年中にもこれらのモジュールを搭載した AR グラスの製造を開始することになるだろう。
セス・コラナーは以前、トムズ・ハードウェアのニュースディレクターを務めていました。キーボード、バーチャルリアリティ、ウェアラブル機器を中心としたテクノロジーニュースを担当していました。
