Ultrakleine Lasermodule revolutionieren das AR-Nutzererlebnis

Während herkömmliche Displays nur passives Betrachten erlauben, ermöglichen Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) den Nutzern, erweiterte Realitäten mit immersiven Inhalten zu erleben, die ihre Sicht auf die reale Welt überlagern und sich an Bewegungen anpassen.

Laut einer aktuellen Studie des Fuji Chimera Research Institute über den weltweiten Elektronikmarkt wird erwartet, dass der Markt für Videogeräte, zu dem Smart Glasses und Head-Mounted-Displays gehören, in den kommenden Jahren erheblich wachsen wird.

Spiele, bei denen Figuren auf Smartphones über die tatsächliche Umgebung gelegt werden, und Computergrafik-Simulations-Apps, die Möbel vor dem Kauf in einen Raum stellen, sind bereits verfügbar. Es gibt auch praktische Anwendungen für AR- und VR-Technik. In Fabriken können beispielsweise Mitarbeiter mit Smart Glasses in Arbeitsabläufe eingewiesen werden, oder Museumsbesucher können digital Zusatzinformationen zu bestimmten Exponaten abrufen.

Herkömmliche AR-kompatible Smart Glasses verfügen über raumoptische Module, die die drei Primärfarben des Lichts (RGB), die von Laserelementen erzeugt werden, auf eine Linse und einen Spiegel reflektieren. Die Farben werden als einzelner Lichtstrahl projiziert, um ein Bild anzuzeigen. Diese Module erfordern mehrere Komponenten, was die Smart Glasses sperrig macht.

Um die Tragbarkeit, das Erscheinungsbild und den Komfort von Smart Glasses zu verbessern, konzentrierte sich TDK auf eine neue Technik, die Linsen und Spiegel überflüssig und das raumoptische Modul deutlich kleiner machen. Die von NTT, einem Unternehmen, das für seine fortschrittliche optische Telekommunikationstechnik bekannt ist, entwickelte Planar-Waveguide-Technologie bildet optische Wellenleiter ähnlich denen, die in der Glasfaseroptik verwendet werden – führt aber stattdessen die Strahlen des RGB-Lichts durch einen planaren Pfad zusammen (Bild 1). Das ultrakleine Lasermodul erreicht eine Vollfarbanzeige von etwa 16,2 Mio. Farben.



Bild 1: Die Planar-Waveguide-Technologie kombiniert das von Laserelementen emittierte Licht über einen planaren Pfad.

Durch die Kombination dieser Technologie mit den hochpräzisen Fertigungstechniken von TDK konnte das endgültige raumoptische Modul auf ein Zehntel der üblichen Größe reduziert werden. Die Fertigungstechnik, mit der das äußerst kleine Laserelement (ca. 100 μm breit) auf der winzigen Platine befestigt und sorgfältig poliert wird, wurde von Methoden abgeleitet, die TDK für die Präzisionsbearbeitung von Festplatten-/HDD-Köpfen entwickelt hat. Auch die Techniken zum Zusammenfügen der nm-großen Laserelemente wurden aus dem Fertigungsverfahren übernommen, das TDK für die Herstellung von thermisch-unterstützten magnetischen HDD-Köpfen entwickelt hat.



Bild 2: Vergleich eines herkömmlichen raumoptischen Moduls (links) mit einem Modul, das auf der neuen Planar-Waveguide-Technologie basiert.

Die vom neuen raumoptischen Modul ausgesandten Laserstrahlen werden auf einem MEMS-Spiegel abgebildet, dann von der Linse reflektiert und direkt auf die Netzhaut projiziert (Bild 2). Bilder, die direkt auf die Netzhaut des Auges projiziert werden, sind immer scharf, so dass der Fokus nicht nachjustiert werden muss. Bei der Verwendung in AR-Datenbrillen bleiben alle Elemente im Fokus, was ein realistischeres und hochwertigeres AR-Erlebnis ermöglicht.

Über AR Smart Glasses hinaus
Neben der Verwendung dieser ultrakleinen Lasermodule für AR-Anwendungen eignet sich die Technik auch für die Sehkorrektur. Durch das Hinzufügen einer Kamera im Nasensteg der Brille und das Lenken der Videobilder auf die Netzhaut können Träger perfekt sehen. Da diese Technik nicht von dioptrischen Komponenten des Auges (Hornhaut und Linse) beeinflusst wird, lässt sich die Sehkraft von Menschen mit Kurz-/Weit-/Alterssichtigkeit oder Astigmatismus leichter korrigieren.

Darüber hinaus könnten Smart Glasses mit dieser neuen Technik Smartphones vollständig ersetzen, da sie die gleiche Menge an Informationen wie aktuelle Smartphones bereitstellen. Da sich die Display-Technologien weiterentwickeln, werden diese intelligenten Geräte der Zukunft richtig durchstarten. Weitere mögliche Anwendungen sind VR-kompatible Head-Mounted-Displays und ultraportable Projektoren.

www.tdk.com

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