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谷东科技“光学”技术突破,核心竞争力赢得市场先行优势

2023-09-21 11:13:35   来源:谷东科技  作者: 

摘要:近日,《元宇宙产业创新发展三年行动计划(2023-2025年)》发布。

近日,《元宇宙产业创新发展三年行动计划(2023-2025年)》发布。文件提出,要探索工业关键流程的元宇宙化改造,加快重点行业工业元宇宙布局,探索工业元宇宙创新应用模式。同时,要引导金融资本支持元宇宙发展,推动减税降费政策向元宇宙相关产业倾斜,营造健康可持续的产融合作环境。

 

随着芯片、AI、云计算等基础技术的快速发展,5G网络的广泛覆盖以及国家政策的积极推动,VR/AR硬科技的价值逐渐开始成规模落地,行业进入新一轮飞速上升期,预计2024年,AR方向更将迎来一波新的投资高潮。

 

用AI+AR手段助力企业数字化转型,这是个百亿级的市场。”,谷东科技创始人崔海涛说,“我们一直以来的定位都是基于核心光学显示技术,为企业提供整体解决方案的服务商。用创新为企业赋能服务。”

 

作为AR智能眼镜最核心的技术之一,光学决定着产品体积重量、外观设计、佩戴体验、产品定位和应用场景等,重要性不言而喻。

 

在我国各个工业领域产业中,工业AR有各种各样的形态,针对不同的场景,即便是在相同的行业中也会有2-3种不同形态,不仅有双目的AR头盔、AR眼镜,还有AR头环形态的产品,培训、实训、虚实结合的呈现等场景对硬件与软件的要求都是多样化的。而在多样化之中,有一项诉求是共需的,那就是“真感现实”。

 

真感现实即在阳光直射环境中也能看清图像,并拥有大视野、高透过率,不漏光等特性,以保障复杂工业场景的安全性”谷东科技创始人崔海涛解释道。

 

这样的观点在海内外也有较多共识,例如,知名AR/VR光学专家Karl Guttag就表示,目前AR光学市场面临的一个问题是,眼镜厂商、光学供应商致力于突破AR的亮度、分辨率,但实际上更高的显示配置并不是决定AR眼镜好坏的关键。相比之下,寻找AR眼镜的应用场景更加关键,因为AR的用途将决定硬件需要什么样的设计

 

此外,Karl Guttag也多次在公开场合从使用安全性的角度提及他心中理想的AR眼镜/头显,那就是不仅要具备高透光度,还要不遮挡视线。

 

正是基于对行业的理解和前瞻性的判断,谷东科技一直在致力从光学的全产业链着手,打造真正适用于工业具体场景需求的透明光学定制方案,并有了今天的技术突破。

 

 

AR光学突破,体全息波导解决全彩和二维扩瞳难题

 

 

一直以来,AR光学技术始终面临着“轻”与“清”的两大困扰:前者是光学元件的体积与重量较大,导致产品笨重不便携;后者则是光学元件与虚拟影像的整合存在困难,影响了用户的视觉体验和产品的应用领域。这两大难题很大程度上制约了AR眼镜在工业领域的普及。

 

此次,谷东科技研制出全新的二维矢量反射式体全息模组,与衍纳米压印波导相比,体全息波导具有更好的颜色均匀性,并且效率大约是衍纳米压印波导的3-7倍。谷东以二维矢量反射式体全息光栅做为耦出元器件,对现有通用的三光栅(耦入光栅、转折光栅、耦出光栅)二维扩瞳技术进行优化,使光机更加轻巧,模组整体造型更能贴近于真实的眼镜形态,并大大节约全息波导制作时间以及成本。

 

此外,该模组改善了光栅数量,其数量的减少进一步提升了体全息波导片光效,从而提高入眼亮度。通过独特的光学系统设计和图像处理算法,实现了光学元件与虚拟影像的完美整合。

 

 

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H3040-V-M二维矢量彩色体全息显示效果

 

谷东科技自主研发的H3040-V-G二维矢量单绿色体全息及H3040-V-M二维矢量彩色体全息两款产品。其视场角可达30°,相当于3米外看到86英寸巨屏;透光率超过80%,确保了室外和室内环境中的安全可视性;而模组重量仅为15g,使AR眼镜的重量控制在30g以下成为可能。

 

 

 

几何光波导+Micro OLED实现高亮大视野

 

虽然体全息光波导体是AR眼镜普及化的一个非常重要的主流方向,但在当下,几何光波导在清晰度、视场角、透光率等方面仍具有一定优势。

 

崔海涛表示,像军工实战演习、工业作业培训等场景,大视场角,且具有一定沉浸式体验的显示效果更佳。“这方面核心要解决的是亮度和续航的问题。”

 

当前,LCOS、DLP技术虽成熟,且可优化高亮度,但其功耗大、体积也大,这与大众期待的轻薄、持久相违背;单色Micro LED则成本高昂,难以适用于前面所述的军工或培训场景。

 

而在色彩、视场角、分辨率、能耗比等等方面都更加匹配的Micro OLED则也被认为Hold不住几何光波导,只因其彩色亮度过低。

 

目前包括苹果在内,更多的是形成Micro OLED+Pancake这样的VST方案,为了实现更高像素、更大视场角。但在透视上指得依赖透视摄像头,其始终具有VR头显的问题,比如对周边环境感知力差(即使在透视模式),不适合戴着自由行走等等。

 

结合现有光学技术情况,自身的技术积累,我们从设计、生产制造以及量产规模化等多个角度综合考虑,认为突破Micro OLED的亮度限制是眼下更具可行性的方案。”崔海涛表示。

 

 

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最终,谷东科技终于完成了M3045高亮大视野Micro OLED+几何光波导模组,分辨率可达1952*1232全高清级别,视场角达到45°以上,不论是显示效果还是视野范围都已经几乎与今天的BirdBath方案相当,提供近似的沉浸感。

 

而其超过80%的透光率以及800nit的入眼亮度,不仅远超BirdBath,相比DLP、LCOS的几何光波导方案亦不遑多让,保证室内室外看得清。

 

高亮大视野Micro OLED几何光波导解决了当下既透明又沉浸这一鱼与熊掌不可兼得的问题。”体验M3045的媒体记者对此表示道。

 

 

瞄准“卡脖子”技术,自主研发国产光刻胶

 

解决了性能指标,最后立在体全息模组商业化前方的障碍就只剩“量产”。

 

体全息光波导是一项制造工艺非常复杂的技术,门槛是综合性的,涉及到材料体系、设计软件、系统设计仿真、体全息光栅制造工艺、体全息光栅后处理工艺等等。

 

在国内企业的纷纷努力下,体全息光波导的许多门槛其实已经打破。但在半导体、光电子领域最关键的耗材“光刻胶”方面,仍然是我国的短板,随时存在卡脖子的风险。

 

 

 

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这一次,谷东科技在二维矢量反射式体全息模组中采用了自主研发的共聚物全息光敏树脂材料、高折树脂复合材料,既解决了材料供应不够稳定的问题,又在一些关键指标上实现了领先。例如:

 

在体全息方面,实现了RGB全彩显示。不仅如此,全息干涉前膜形态为柔性弹性体,相较于其他的胶水状材料具有更长期稳定的储存性和更好的可加工性,便捷运输性;全高分子材料的组分让体全息光波导的制造成本更低,也简化了体全息光波导的制造工艺,可加速AR生态的发展。最后,相比国外材料,其在FoV、透光度、亮度、机械性能等方面均有更出色表现,一举将打破海外长期垄断高端材料的局面。

 

此外,在高折射率树脂方面,谷东自主组件材料合成配方实验室也正在积极开发验证之中,目前已实现国产原料创新研发合成高折树脂单体(>1.8)。高折树脂是当前光学领域的研究热点,前沿的合成路线、选材和配方体系能极大的赋予材料极高的透过率和折射率,应用于光学膜、微透镜、生物芯片各个领域。在AR领域,则能显著降低产品种类,提高视场角,同时,它还拥有疏水、疏油、硬度高、不易脏、容易清洁等极其适合智能穿戴类产品的特性,随着AR产品的增多及市场需求的逐渐增加,高折树脂产业也将成为一个巨大的市场。

 

“H3040系列的发布,标志着谷东科技将成为国内第一家实现了二维矢量反射式体全息光波导量产的公司,更重要的是,这有望将体全息光波导技术在国内的商业化缩短3-5年。我们希望它的到来,能给一直紧锣密鼓进行中的中国工业数字化改造提供更强劲的燃料,同时,能推动轻薄型全天候AR设备在消费级市场的全面普及,让AR眼镜成为更多人的生产力工具。

 

 

业内首创单目40mm长出瞳几何光波导

 

纵观这两年的行业新品,单目AR眼镜越来越稀有,双目越来越主流。然而现实需求其实并非如此。

 

 

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作为赋能中国智造的行业级AR品牌,谷东一直走在行业数字化转型的最深处,深知确保质量安全是许多企业对巡检运维最大的诉求,特别是在能源,电力等类型企业,最核心的还是实施移动工单、红外识别与测温、仪器仪表自动读数、工业视觉测量等方面的作业。而这些,单目产品不仅就可以胜任,其产品在重量、耐用度、低价格方面的优势仍然是双目产品无法比拟的。

 

那么是什么原因限制了单目AR眼镜的规模化落地。在谷东科技走访了近百家企业之后终于找到了答案——出瞳距离。

 

 

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在展会上,谷东科技在不牺牲轻薄(仅14g)、高透(80%透光率)、大视场角(30°,等效3米63英寸)显示的基础上再度扩大Eyebox,通过对光机和波导片的联合设计优化,带来了史上首个40mm长出瞳单目波导产品——M2030Q。

 

40mm的长出瞳距意味着解决了使用者长期佩戴使用出现的单眼聚焦问题,可以获得接近双目AR眼镜的自然观感,既能缓解使用者的用眼疲劳,也能进一步提升现场作业的效率。

 

 

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 国内多款波导产品争相亮相,这预示着AR产业链发展进入一个新的成熟阶段。

 

海涛认为,对于AR眼镜的核心部件,谷东科技必须要有自研能力,自主能把控。在所有AR眼镜组件中,最核心也是最有门槛的是光学部分,它不只是光学本身,还包含了多个学科,崔海涛找来光学模组、光学材料专家和能帮助解决量产关键问题的专家加入团队,并与著名光学研究所、实验室合作,建立了业内一流的高精度纳米级全息光学实验室。

 

目前谷东科技多个光波导模组系列产品已实现量产,在公安、消防、电网等有严苛要求的特殊工作场景下,谷东科技是许多客户目前唯一可选择的光学模组提供商。

 

目前AR眼镜的成本大头在于光学显示,而光学模组能占到眼镜整机成本的30%-40%。我们的光学做到了材料级别,而材料都是按公斤算的,价格可以压得很低,成本需要一分一毫地削减时,我们的体全息绝对是最有效的方案。”“如果不采取这样的策略,前面可能会跑得比较快,现在可能得求着别人供应光波导模组,受制于人,后程力不足,整个服务流程受到严重影响,无法用高定制方案满足B端客户需求。”崔海涛向记者表示。

 

基于对核心光学技术的笃定、对B端用户的理解,谷东科技的坚持自研策略,已经为其赢得了市场先行优势。未来,随着AR眼镜行业的进一步发展,谷东科技将继续秉持自主研发的理念,深入研究和开发更先进的光学技术,以满足不断变化的市场需求,保持其市场领先地位。

 

 


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