TDKがこれまでの常識を打ち破る破壊的ソリューションを披露 ―― CEATEC 2022：工場の生産性向上からAR／メタバース実現まで

TDKは、展示会「CEATEC 2022」（会期：2022年10月18〜21日／会場：千葉市・幕張メッセ）で、これまでの常識を打ち破り、未来を切り開く技術ソリューションを多数出展。ここでは、機器のメンテナンスの常識を変える「超小型センサによる予知保全ソリューション」と、メタバースで必要となる拡張現実（AR）グラスの実現を大きく引き寄せることになる「超小型フルカラーレーザーモジュール」の2つの技術ソリューションを紹介する。

[PR／EE Times Japan]

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　2022年10月18日、IT・エレクトロニクス関連展示会「CEATEC 2022」（会期：10月21日まで）が千葉市・幕張メッセで開幕した。2019年以来、3年ぶりのリアル開催で、サイバー（仮想）空間とフィジカル（現実）空間が融合する社会「Society 5.0」の実現に向けた製品、技術を実際に体感できる場として開かれた。

　注目の集まるCEATEC 2022において、TDKは「テクノロジーですべての人を幸福に」というスローガンの下、Society 5.0という言葉に代表されるような未来社会の実現に向けた製品、技術を展示。IoT、Mobility、Wellness、Connections、Energy、Robotics、Experienceという7つのマーケットの実現に向けて展示されるTDKの製品／技術の中から、特に未来の実現に大きく近づく革新的、破壊的と言えるような2つの製品技術を紹介していこう。

機器メンテナンスの常識を変える「超小型センサ」

　工場などの生産現場では、生産設備の故障、異常を予知し、多大な損失を招く生産停止を未然に防ぐ「予知保全」を実現しようという機運が高まっている。実際、予知保全を実現するセンサやシステムが製品化され、市場に出回っている。しかし、予知保全を実現している生産現場は、まだわずかであり、広く普及しているとはとても言い難い。それは、2つの大きな技術課題が普及を阻んでいると考えられる。

　1つは、現状のほとんどの予知保全に向けたセンサ／システムの多くは、センサ部分と、センサで取得したデータを分析するシステムがそれぞれ別個に提供されているために、データの集約〜処理という一連のプロセスが複雑で、十分な「予知」を実現することが難しいという点だ。そして、もう1つが「設置の難しさ」である。生産現場では、新旧入り交じった設備が稼働し、予知保全のためのセンサの「後付け」が必須だが、センサの設置スペースが狭い、電源やデータ通信のための配線が難しいといった制約がどうしても生まれる。そのため、データ取得に最適な場所にセンサが設置できないという状態に陥りやすかった。

　そうした中でTDKは、こうした2つの課題をクリアする予知保全ソリューション「i3 Micro Module」を開発中で、CEATEC 2022で試作品を公開した。

直径40mm、高さ20mmほどという超小型サイズを実現した「i3 Micro Module」（試作品） 出所：TDK

　i3 Micro Moduleは、振動センサをはじめ、温度、音、気圧など複数のセンサが搭載可能で、さらにモジュール自体にAI処理機能を内蔵する。「AI処理機能を搭載するセンサモジュールは、まだまだ少数」という高機能ながら、モジュールサイズは直径40mm、高さ20mmほどの超小型サイズを実現した。さらに「AIを内蔵したことで、センサモジュール自体が取得データから正常、異常を判断できる。そのため、常時、取得データをホストシステムなどに送信する必要がない。消費電力の大きな無線通信の頻度を大幅に削減できるため、ボタン電池での動作が可能な超低消費電力を実現した。」と電源さえ配線不要の完全ワイヤレスを達成した。

　採用するワイヤレス通信は、メッシュネットワークを自己形成する独自プロトコルによる2.4GHz帯無線通信。他のセンサモジュールを介してホスト側と通信でき広範なネットワークを手軽に構築できる他、複数の伝送経路を持てるためより信頼性の高い通信が行える。

「i3 Micro Module」の全体構成イメージ［クリックで拡大］ 出所：TDK

　i3 Micro Moduleは、センサモジュールとともに、データを分析、学習しモジュールに搭載するAIモデルを生成したり、センサモジュールの運用を管理したりする専用のPCソフトウェア、PCとセンサの通信を行うためのネットワークコントローラとともに提供される。「専用ソフトでは、正常なセンサデータからAIモデルを自動的に生成する。さらに、AIモデル生成後の運用段階でも専用ソフトで状態監視が行える。1つのソフトで予知保全システムを構築できる点もi3 Micro Moduleの特長」とする。

　「2023年の発売を目指して開発を続けていく。まずは振動データから故障予知が行えるモーターやポンプに広く適用できるセンサモジュールとして提案していく予定。設置しやすく、簡単に導入できる、これまでの課題を解決する画期的なソリューションに仕上げ、生産現場での予知保全の実現に貢献する」としている。

　なお、予知保全を実現するエッジAI対応ワイヤレスセンサモジュール「i3 Micro Module」は、CEATEC AWARD 2022 スマート×インダストリ部門 グランプリを受賞した。

メタバースの実現を大きく引き寄せる「超小型フルカラーレーザー」

　仮想空間と現実空間の融合の1つの象徴であり、世界的に注目を集めるメタバース。そして、メタバースを実現するために必要となる拡張現実（AR）。世界中で開発が活発化しているのがARグラスだ。CEATEC 2022のTDKブースでは、TDKが開発した従来比約10分の1の大きさ、重さの超小型フルカラーレーザーと、それを用いた新しいタイプのARグラスのデモ機が展示された。

　フルカラーレーザーは、写真に示すように6.7×5.5×2.2mmと指先に乗るような超小型サイズである。このような超小型でも、RGB（赤・緑・青）3色のレーザーダイオード（LD）を備え、それらのレーザー光をモジュール内で精密に合波し、RGB各色の強度を調整することにより、1620万色のフルカラーレーザーを実現している。

TDKが開発した超小型フルカラーレーザーモジュール［クリックで拡大］ 出所：TDK
　写真左の指先上のコインの上に載っているのが、TDKが開発した超小型フルカラーレーザーである。このような超小型にもかかわらず、RGB（赤・緑・青）の3色のレーザーを搭載するとともに、それらの光軸を精密に合わせた合波を実現し、RGB各色の強度を調整することで1620万色を表現可能である。写真右は合波した色の例であり、黄色、ピンク、白色のレーザービームを出射部から撮影した写真である。

　この超小型フルカラーレーザーを搭載することにより、従来のARグラスとは一線を画した、新たなARグラスのデモ品が展示された。これは、網膜直接投影型という方式のものだが、この技術はこれまでは医療用途や、視力の機能に問題を抱える方向けだけに限定されていた。この優れた方式である網膜直接投影型を、メタバース、ARグラスへの展開を目指すという、新たな時代の到来を予感させるものである。

TDKブースに展示された網膜直接投影型のARグラス（デモ機）［クリックで拡大］ 出所：TDK／QDレーザ

　網膜直接投影方式の最大の利点は、フォーカスフリーという点だ。従来のARグラスはメガネでいうグラス部分に画像を投影する。そのため、グラス上に表示される情報を見るためには眼のフォーカスをグラスに合わせる必要があるが、そうすると現実空間の風景にはフォーカスが合わず、ぼやけてしまう。逆に、現実空間の風景にフォーカスを合わせると、グラス上の仮想空間の情報はぼやけてしまい、視認することができない。これでは、現実世界と仮想世界が分断されており、本当の意味でのARグラスは、これまでは実現できていないのが現状である。

　一方、網膜直接投影方式は、光量を極端に弱めたレーザーを眼の網膜に直接投影するので、眼のフォーカス位置に関係なく、常にピントのあった画像を見ることが可能になる。情報を見るために眼のフォーカスを変えるという動作が不要となるため、現実空間とグラス上の仮想空間を融合した拡張現実を、意識することなく体験することができるのだ。これまでは存在していなかった、本当の意味でのARグラスが実現できる。

遠隔の人物とプレゼン資料を実際の会議室に存在しているかのようにARグラスで表示させたイメージ［クリックで拡大］ 出所：TDK／QDレーザ
　従来型のARグラス（左画像）では、ARグラスで仮想的に表示されている像（人物とプレゼンテーション資料）に焦点をあてると、現実空間に存在する風景はぼやけてしまう。一方、網膜直接投影型ARグラス（右画像）では、ARグラスで仮想的に表示されている像（人物とプレゼンテーション資料）は網膜に直接投影されるため、眼のフォーカスを合わせなくても見える。そのため、現実空間にフォーカスを合わせたままでよい。これにより、仮想空間と現実空間に存在するものを同時に認識することが可能になり、違和感なく拡張現実を体感できる。画像は1620万色のフルカラーで、解像度は1280×720ピクセルあるため、従来のARグラスでは表示困難だった人物のような複雑な情報を表示しても認識可能になる。また、網膜直接投影方式で課題だった、狭い視野角も広げ、約40度の視野角を実現した。

　網膜直接投影方式のグラスは、2006年設立のQDレーザが製品化し、これまでのCEATECでも展示されてきた。しかしながら、これまでは網膜に投影するフルカラーレーザーは大型であったためにグラスに内蔵することはできず、腰に装着する弁当箱サイズの箱にフルカラーレーザーを納めていた。この場合、光ファイバー経由でグラスと接続する必要があり、装着感が悪いために特殊用途に限定され、ARグラスへの適用は現実的ではなかった。さらに、フルカラーレーザーが大きいゆえに、投影できるのは片眼に限られており、両眼への対応も現実的ではなかった。

　今回、TDKはQDレーザと共同開発を行うことで、TDKが開発した超小型レーザーをグラスに搭載することが可能になり、網膜直接投影方式がARグラスへも展開できることを、今回新たに示した。両眼での投影も実現できるため、三次元で立体的な画像も網膜投影方式で実現でき、仮想空間を表現する利用シーンを飛躍的に高めることも可能になる。

　こうした画期的なフルカラーレーザーの超小型化は、TDKがこれまでHDD磁気ヘッドで培ってきたテクノロジーで実現された。超小型フルカラーレーザーモジュールを実現するには、RGB3色のレーザーを平面光波回路に精密にレーザー光軸を合わせて接合する技術が必要となる。TDKはその技術を独自に開発し、製造装置開発まで行ってきた。これにより、メタバース、それに使うARグラスといった大量生産が必要となる巨大市場にも対応が可能となる。TDKは、今後は生産品質を高め、2024年度をめどに製品化を目指すという。