2020年09月30日

フェイスブック、最もコンパクトなVRオプティクスを公開

フェイスブックのVR研究部門は、毎年恒例のコンピュータ・グラフィックス・カンファレンス「SIGGRAPH」で、今までで最も小さいVR光学系のプロトタイプを発表した。サングラスと同等のコンパクトさで、厚さ9mm未満の薄いフィルムだけを使用し、現在のVRヘッドセットに匹敵する視野を提供できる可能性がある。UPLOAD VRが29日伝えた

出所:Facebook

「ホログラフィック・ニアアイ・ディスプレイ」のアイデアは、いつかサングラスのフォームファクターを持つVRヘッドセットを誕生させる可能性があるが、現時点でこれはもっぱら限界のある研究だ。

なぜVRヘッドセットはこんなにかさばるのか?
今日のVRヘッドセットのサイズと大きさの主な要因は、光学設計にある。広い視野でディスプレイを拡大するには、大きくて厚いレンズが必要で、見やすい距離で焦点を合わせるには、ディスプレイとの間に長い隙間が必要だ。このシステムを格納するために必要なハウジングを追加した後、最もミニマムなデザインでも350グラム以上になってしまう。

バッテリー、モバイルチップ、レンズ分離調整機能を搭載したスタンドアロン型のOculus Questの重さは571gだ。使用して数分後には顔が痛くなるという人も少なくない。

パナソニックとピコは「パンケーキレンズ」を使った小型ヘッドセットの試作品を披露しており、Huaweiはこれをすでに中国で製品として販売している。トラッキングシステムやバッテリーを使わないと、これらのヘッドセットは150グラム前後でおさまる。

しかし、これらの現在のパンケーキレンズの設計には、いくつかの未解決の欠陥がある。光の約75%をブロックしてしまうため、画像が薄暗く見えるなどする。また、画像のかすかなゴーストバージョンがわずかにずれて表示されることがあり、この「ゴースト」は、より明るい光源で画像を改善しようとすると悪化するだけだ。

ホログラフィックレンズ
フェイスブック・リアリティ・ラボの新しいアプローチは、レンズではなく、ホログラフィック光学系によってフォーカシングが行われる薄いフィルムにある。この文脈での「ホログラム」とは、光がどのように物体と相互作用するかの物理的な「記録」を意味するだけで、この場合はシーンではなくレンズである。

出所:Facebook

フェイスブックは、この研究により、「厚さ9mm未満の薄いフィルムだけを使用して、現在のVRヘッドセットに匹敵する視野を提供できる可能性がある」と主張している。ディスプレイモジュールの総重量はわずか18グラムという。しかし、これには実際のレーザー光源は含まれておらず、フェイスブックは画像も提供していない。研究論文によると、「緑だけのサングラスのようなプロトタイプでは、約92◦×69◦の全体的な最大視野を測定した。」
偏光に基づく光学的な折り畳みを利用することで、これらの超軽量レンズをディスプレイソースの前に直接配置することができる。

ホログラフィック素子は光を分散させるため、実用的な照明光源は、特定の角度と波長で使用されるレーザーのみだ。研究者たちは、バックライトの代わりに、2.1″1600×1600のLCDにレーザー光を「注入」することができた。

プロトタイプは現在モノクロで、色は緑のみを表示できる。研究者は、マルチカラーをサングラスのプロトタイプに持って来ることはエンジニアリングにより「実行可能」であると信じている。

レーザー光で表現できる色の範囲(色域)は、液晶ディスプレイよりもはるかに広く、実際には有機ELよりもわずかに広いので、これが頭に装着するシステムに移行できれば、画期的な成果となるだろう。

早期研究と高い目標
ここで発表されていることは、新しい種類のディスプレイシステムの初期研究に過ぎないことを理解することが重要だ。それが製品になるならば、トラッキングシステムも必要になる。そして、それがケーブルでスマートフォンに接続しない限り、おそらくバッテリーとモバイルチップセットも必要になるだろう。

フェイスブックはこの研究を、10月にOculus Connect 6で発表したHalf Dome 2と3と同じ小型化研究の途上にあるように説明しています。

それらのヘッドセットは、ここに示されているものよりもはるかに大きいが、アイトラッキングと可変フォーカスも持ち、より広い視野を達成している。フェイスブック・リサーチ・ラボによると、 このサングラスのプロトタイプの今後のイテレーションは、レンズをわずか1ミリメートルの範囲で動かすことにより、バリフォーカルになる可能性がある。これは理論的には極小の圧電アクチュエータで実現できる。

VRがマーク・ザッカーバーグ氏が掲げる10億人のユーザーという高尚な目標を達成するためには、ヘッドセットはリアリティを高めつつ、より快適なものにする必要がある。Rift Sの「ハロストラップ」のようなデザインは、重量を再配分することができるが、これは嵩高さの問題に真に対処するというよりは、包帯のようなものだ。

すべての初期の研究と同様に、このアイデアは決してうまくいかないかもしれない。実用的な問題が出てくる可能性もある。フェイスブックは同時に、いくつもの新しいコンパクト・ディスプレイ・アーキテクチャを模索している。1つでも成功すれば、液晶パネルがCRTモニターやテレビにしたことと同じようなことがVRにもできるかもしれない。

フェイスブックの研究論文はこう結論づけている。

「軽量で高解像度、サングラスのようなVRディスプレイは、どこでも長時間利用できる次世代の要求の厳しいバーチャルリアリティアプリケーションを可能にする鍵になるかもしれません。私たちは、偏光ベースの光折り畳み、ホログラフィック光学、および多くのサポート技術を組み合わせたバーチャルリアリティディスプレイの新しいデザインスペースを提案し、一連のハードウェアプロトタイプでフルカラー表示、サングラスのようなフォームファクタ、および高解像度を実証することで、この目標に向けて前進しました。サングラスのようなフォームファクタでフルカラーディスプレイを実現し、より大きな視野角を確保し、ゴースト画像を抑制するなど、多くの実用的な課題が残されています。そうすることで、生産性を向上させ、物理的な距離を埋める、ユビキタスで没入型のコンピューティング・プラットフォームの実現に一歩近づけたいと考えています。」

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Marie Okamoto

東南アジアで記者経験をした後、日本に帰国。現在はTheDiceのコンテンツプロデューサーとして、海外のニュースを中心に配信。