光學(xué)是信息技術(shù)革命中最重要的環(huán)節(jié)之一，也是AR行業(yè)能否順利發(fā)展的“勝負(fù)手”。
今年6月，Apple Vision Pro問世，將我們帶進(jìn)了空間計(jì)算時(shí)代，向人們展示了那極具臨場感的虛擬現(xiàn)實(shí)未來世界。這其中，雙目8K、3D顯示、無限畫布，再加上那能里能外的透明EyeSight功能，Vision Pro整套的光學(xué)系統(tǒng)尤為搶眼。
然而，最受爭議的恰恰也是這個(gè)部分，過高的頭顯重量、過大的體積、驚人的成本，以及即便是蘋果也難以說服大眾，引起業(yè)內(nèi)反復(fù)討論的VST技術(shù)，只能說，這一次的蘋果，在光學(xué)顯示這條路上確實(shí)帶給了行業(yè)一些參考與思路，但仍未能給行業(yè)帶來明確的方向。
AR光學(xué)，如何更好地成為打開虛擬與現(xiàn)實(shí)的任意門？9月6日至8日，在第24屆中國國際光電博覽會(huì)上，來自光學(xué)、電子、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用各領(lǐng)域的領(lǐng)袖級(jí)人物正同臺(tái)齊聚，一起探討整個(gè)中國廣電行業(yè)的未來。與此同時(shí)，眾多企業(yè)也在此首發(fā)重磅展品和技術(shù)，向世界展示中國的光力量。
作為全球化領(lǐng)先的AR技術(shù)公司，谷東一直致力于光學(xué)和光學(xué)技術(shù)的開發(fā)和生產(chǎn)，并將光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于AR眼鏡、應(yīng)用于工業(yè)數(shù)智化變革的方方面面。本次大會(huì)，谷東科技創(chuàng)始人崔海濤不僅帶來 “如何針對(duì)工業(yè)AR場景選擇光學(xué)技術(shù)方案”主題演講，更 “多箭齊發(fā)”揭開了自主首創(chuàng)的二維矢量反射式體全息、45°大視場角Micro OLED幾何光波導(dǎo)模組、40mm長出瞳單目波導(dǎo)等產(chǎn)品的神秘面紗。
從打破封鎖到行業(yè)首創(chuàng)，這一次，谷東向全球展示了中國AR企業(yè)厚積薄發(fā)的實(shí)力。
“真感現(xiàn)實(shí)”+匹配客戶需求的量身定制版，比什么都重要
這是崔海濤在主題演講環(huán)節(jié)反復(fù)重復(fù)的一句話。崔海濤表示，深入行業(yè)才能理解行業(yè)，認(rèn)清當(dāng)下才能創(chuàng)造未來。
他談到，在我國各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)AR有各種各樣的形態(tài)，針對(duì)不同的場景，即便是在相同的行業(yè)中也會(huì)有2-3種不同形態(tài)的產(chǎn)品。例如培訓(xùn)、實(shí)訓(xùn)、虛實(shí)結(jié)合的呈現(xiàn)等場景對(duì)硬件與軟件的要求都是多樣化的。而在多樣化之中，有一項(xiàng)訴求是共需的，那就是“真感現(xiàn)實(shí)”。
何為“真感現(xiàn)實(shí)”，崔海濤進(jìn)一步解釋到，即可以在陽光直射環(huán)境中也能看清圖像，并擁有大視野、高透過率，不漏光等特性，以保障復(fù)雜工業(yè)場景的安全性。
這樣的觀點(diǎn)在海內(nèi)外也有較多共識(shí)，例如，知名AR/VR光學(xué)專家Karl Guttag就表示，目前AR光學(xué)市場面臨的一個(gè)問題是，眼鏡廠商、光學(xué)供應(yīng)商致力于突破AR的亮度、分辨率，但實(shí)際上更高的顯示配置并不是決定AR眼鏡好壞的關(guān)鍵。相比之下，尋找AR眼鏡的應(yīng)用場景更加關(guān)鍵，因?yàn)锳R的用途將決定硬件需要什么樣的設(shè)計(jì)。
此外，Karl Guttag也多次在公開場合從使用安全性的角度提及他心中理想的AR眼鏡/頭顯，那就是不僅要具備高透光度，還要不遮擋視線。
正是基于對(duì)行業(yè)的理解和前瞻性的判斷，谷東科技一直在致力從光學(xué)的全產(chǎn)業(yè)鏈著手，打造真正適用于工業(yè)具體場景需求的透明光學(xué)定制方案，并有了今天的累累碩果。
下面我們就為您一一揭開。
唯一獨(dú)創(chuàng)，二維矢量反射式體全息
一直以來，AR光學(xué)技術(shù)始終面臨著“輕”與“清”的兩大困擾：前者是光學(xué)元件的體積與重量較大，導(dǎo)致產(chǎn)品笨重不便攜；后者則是光學(xué)元件與虛擬影像的整合存在困難，影響了用戶的視覺體驗(yàn)和產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。這兩大難題很大程度上制約了AR眼鏡在工業(yè)領(lǐng)域的普及。
對(duì)于這些問題，其實(shí)業(yè)內(nèi)也早已有所共識(shí)，在亮度、清晰度、透明度、成本等方面均占有優(yōu)勢的體全息光波導(dǎo)技術(shù)無疑是解決問題的最優(yōu)解。體全息光波導(dǎo)也成為業(yè)內(nèi)爭奪的焦點(diǎn)，像蘋果公司收購的Akonia公司采用的便是全息光學(xué)元件。
而當(dāng)下，體全息光波導(dǎo)的綜合性能還有很大的提升空間，如重量、入眼亮度、視場角、色彩等關(guān)鍵指數(shù)，可以隨著材料的特性、制造光路的升級(jí)、工藝技術(shù)制備等大幅度改進(jìn)而得以提升。
此次，谷東科技研制出全新的二維矢量反射式體全息模組，與衍納米壓印波導(dǎo)相比，體全息波導(dǎo)具有更好的顏色均勻性，并且效率大約是衍納米壓印波導(dǎo)的3-7倍，效率優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為他們支持給定視場的更高亮度。同時(shí)，體全息波導(dǎo)僅需十分細(xì)薄的反射鏡即可引導(dǎo)光線并將其投射至眼睛，嵌入波導(dǎo)幾乎不可見。
谷東以二維矢量反射式體全息光柵做為耦出元器件，對(duì)現(xiàn)有通用的三光柵（耦入光柵、轉(zhuǎn)折光柵、耦出光柵）二維擴(kuò)瞳技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使光機(jī)更加輕巧，模組整體造型更能貼近于真實(shí)的眼鏡形態(tài)，并大大節(jié)約全息波導(dǎo)制作時(shí)間以及成本。
此外，該模組改善了光柵數(shù)量，其數(shù)量的減少進(jìn)一步提升了體全息波導(dǎo)片光效，從而提高入眼亮度。通過獨(dú)特的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)元件與虛擬影像的完美整合。
H3040-V-M二維矢量彩色體全息
光博會(huì)上，谷東科技帶來了完全國產(chǎn)自主的H3040-V-G二維矢量單綠色體全息及H3040-V-M二維矢量彩色體全息兩款產(chǎn)品。其視場角可達(dá)30°，相當(dāng)于3米外看到86英寸巨屏；透光率超過80%，確保了室外和室內(nèi)環(huán)境中的安全可視性；而模組重量僅為15g，使AR眼鏡的重量控制在30g以下成為可能。
突破封鎖，自主高端國產(chǎn)光刻膠
解決了性能指標(biāo)，最后立在體全息模組商業(yè)化前方的障礙就只剩“量產(chǎn)”。
體全息光波導(dǎo)是一項(xiàng)制造工藝非常復(fù)雜的技術(shù)，門檻是綜合性的，涉及到材料體系、設(shè)計(jì)軟件、系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真、體全息光柵制造工藝、體全息光柵后處理工藝等等。
在國內(nèi)企業(yè)的紛紛努力下，體全息光波導(dǎo)的許多門檻其實(shí)已經(jīng)打破。但在半導(dǎo)體、光電子領(lǐng)域最關(guān)鍵的耗材“光刻膠”方面，仍然是我國的短板，隨時(shí)存在卡脖子的風(fēng)險(xiǎn)。
這一次，谷東科技在二維矢量反射式體全息模組中采用了自主研發(fā)的共聚物全息光敏樹脂材料、高折樹脂復(fù)合材料，既解決了材料供應(yīng)不夠穩(wěn)定的問題，又在一些關(guān)鍵指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)先。例如：
在體全息方面，實(shí)現(xiàn)了RGB全彩顯示。不僅如此，全息干涉前膜形態(tài)為柔性彈性體，相較于其他的膠水狀材料具有更長期穩(wěn)定的儲(chǔ)存性和更好的可加工性，便捷運(yùn)輸性；全高分子材料的組分讓體全息光波導(dǎo)的制造成本更低，也簡化了體全息光波導(dǎo)的制造工藝，可加速AR生態(tài)的發(fā)展。最后，相比國外材料，其在FoV、透光度、亮度、機(jī)械性能等方面均有更出色表現(xiàn)，一舉將打破海外長期壟斷高端材料的局面。
此外，在高折射率樹脂方面，谷東自主組件材料合成配方實(shí)驗(yàn)室也正在積極開發(fā)驗(yàn)證之中，目前已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)原料創(chuàng)新研發(fā)合成高折樹脂單體（>1.8）。高折樹脂是當(dāng)前光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，前沿的合成路線、選材和配方體系能極大的賦予材料極高的透過率和折射率，應(yīng)用于光學(xué)膜、微透鏡、生物芯片各個(gè)領(lǐng)域。在AR領(lǐng)域，則能顯著降低產(chǎn)品種類，提高視場角，同時(shí)，它還擁有疏水、疏油、硬度高、不易臟、容易清潔等極其適合智能穿戴類產(chǎn)品的特性，隨著AR產(chǎn)品的增多及市場需求的逐漸增加，高折樹脂產(chǎn)業(yè)也將成為一個(gè)巨大的市場。
“H3040系列的發(fā)布，標(biāo)志著谷東科技將成為國內(nèi)第一家實(shí)現(xiàn)了二維矢量反射式體全息光波導(dǎo)量產(chǎn)的公司，更重要的是，這有望將體全息光波導(dǎo)技術(shù)在國內(nèi)的商業(yè)化縮短3-5年。我們希望它的到來，能給一直緊鑼密鼓進(jìn)行中的中國工業(yè)數(shù)字化改造提供更強(qiáng)勁的燃料，同時(shí)，能推動(dòng)輕薄型全天候AR設(shè)備在消費(fèi)級(jí)市場的全面普及，讓AR眼鏡成為更多人的生產(chǎn)力工具。
打破限制，讓幾何波導(dǎo)也能配上高亮大視野Micro OLED
雖然體全息光波導(dǎo)體是AR眼鏡普及化的一個(gè)非常重要的主流方向，但在當(dāng)下，幾何光波導(dǎo)在清晰度、視場角、透光率等方面仍具有一定優(yōu)勢。
崔海濤表示，像軍工實(shí)戰(zhàn)演習(xí)、工業(yè)作業(yè)培訓(xùn)等場景，大視場角，且具有一定沉浸式體驗(yàn)的顯示效果更佳。“這方面核心要解決的是亮度和續(xù)航的問題。”
當(dāng)前，LCOS、DLP技術(shù)雖成熟，且可優(yōu)化高亮度，但其功耗大、體積也大，這與大眾期待的輕薄、持久相違背； 單色Micro LED則成本高昂，難以適用于前面所述的軍工或培訓(xùn)場景。
而在色彩、視場角、分辨率、能耗比等等方面都更加匹配的Micro OLED則也被認(rèn)為Hold不住幾何光波導(dǎo)，只因其彩色亮度過低。
目前包括蘋果在內(nèi)，更多的是形成Micro OLED+Pancake這樣的VST方案，為了實(shí)現(xiàn)更高像素、更大視場角。但在透視上指得依賴透視攝像頭，其始終具有VR頭顯的問題，比如對(duì)周邊環(huán)境感知力差（即使在透視模式），不適合戴著自由行走等等。
“結(jié)合現(xiàn)有光學(xué)技術(shù)情況，自身的技術(shù)積累，我們從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造以及量產(chǎn)規(guī)模化等多個(gè)角度綜合考慮，認(rèn)為突破Micro OLED的亮度限制是眼下更具可行性的方案。”崔海濤表示。
最終，谷東科技終于完成了M3045高亮大視野Micro OLED+幾何光波導(dǎo)模組，分辨率可達(dá)1952*1232全高清級(jí)別，視場角達(dá)到45°以上，不論是顯示效果還是視野范圍都已經(jīng)幾乎與今天的BirdBath方案相當(dāng)，提供近似的沉浸感。
而其超過80%的透光率以及800nit的入眼亮度，不僅遠(yuǎn)超BirdBath，相比DLP、LCOS的幾何光波導(dǎo)方案亦不遑多讓，保證室內(nèi)室外看得清。
“高亮大視野Micro OLED幾何光波導(dǎo)解決了當(dāng)下既透明又沉浸這一魚與熊掌不可兼得的問題。”體驗(yàn)M3045的媒體記者對(duì)此表示道。
業(yè)內(nèi)首次，單目40mm長出瞳幾何光波導(dǎo)
除了極為重量級(jí)的二維矢量反射式體全息和高亮大視野的Micro OLED幾何光波導(dǎo)模組外，一個(gè)重視程度逐漸下滑的單目光波導(dǎo)產(chǎn)品成為了此次光博會(huì)上又一個(gè)獨(dú)特的存在。
縱觀這兩年的行業(yè)新品，單目AR眼鏡越來越稀有，雙目越來越主流。然而現(xiàn)實(shí)需求其實(shí)并非如此。
作為賦能中國智造的行業(yè)級(jí)AR品牌，谷東一直走在行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的最深處，深知確保質(zhì)量安全是許多企業(yè)對(duì)巡檢運(yùn)維最大的訴求，特別是在能源，電力等類型企業(yè)，最核心的還是實(shí)施移動(dòng)工單、紅外識(shí)別與測溫、儀器儀表自動(dòng)讀數(shù)、工業(yè)視覺測量等方面的作業(yè)。而這些，單目產(chǎn)品不僅就可以勝任，其產(chǎn)品在重量、耐用度、低價(jià)格方面的優(yōu)勢仍然是雙目產(chǎn)品無法比擬的。
那么是什么原因限制了單目AR眼鏡的規(guī)模化落地。在谷東科技走訪了近百家企業(yè)之后終于找到了答案——出瞳距離。
在展會(huì)上，谷東科技在不犧牲輕薄（僅14g）、高透（80%透光率）、大視場角（30°，等效3米63英寸）顯示的基礎(chǔ)上再度擴(kuò)大Eyebox，通過對(duì)光機(jī)和波導(dǎo)片的聯(lián)合設(shè)計(jì)優(yōu)化，帶來了史上首個(gè)40mm長出瞳單目波導(dǎo)產(chǎn)品——M2030Q。
40mm的長出瞳距意味著解決了使用者長期佩戴使用出現(xiàn)的單眼聚焦問題，可以獲得接近雙目AR眼鏡的自然觀感，既能緩解使用者的用眼疲勞，也能進(jìn)一步提升現(xiàn)場作業(yè)的效率。
“AR眼鏡行業(yè)的發(fā)展不能只依賴于光學(xué)，但沒有光學(xué)的進(jìn)步也是萬萬不能的。”此次多款波導(dǎo)產(chǎn)品的亮相，預(yù)示著AR產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的成熟階段。谷東也會(huì)盡快將其應(yīng)用起來，為行業(yè)客戶提供頂級(jí)技術(shù)加持的AR眼鏡。同時(shí)，谷東也將竭盡自己的創(chuàng)新之力，持續(xù)投入到光學(xué)顯示問題的突破當(dāng)中，為國內(nèi)外 AR 行業(yè)發(fā)展帶來堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)后盾。
