谷東科技“光學(xué)”技術(shù)突破，核心競(jìng)爭(zhēng)力贏得市場(chǎng)先行優(yōu)勢(shì)

近日，《元宇宙產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2023－2025年）》發(fā)布。文件提出，要探索工業(yè)關(guān)鍵流程的元宇宙化改造，加快重點(diǎn)行業(yè)工業(yè)元宇宙布局，探索工業(yè)元宇宙創(chuàng)新應(yīng)用模式。同時(shí)，要引導(dǎo)金融資本支持元宇宙發(fā)展，推動(dòng)減稅降費(fèi)政策向元宇宙相關(guān)產(chǎn)業(yè)傾斜，營(yíng)造健康可持續(xù)的產(chǎn)融合作環(huán)境。

隨著芯片、AI、云計(jì)算等基礎(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋以及國(guó)家政策的積極推動(dòng)，VR/AR硬科技的價(jià)值逐漸開(kāi)始成規(guī)模落地，行業(yè)進(jìn)入新一輪飛速上升期，預(yù)計(jì)2024年，AR方向更將迎來(lái)一波新的投資高潮。

“用AI+AR手段助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這是個(gè)百億級(jí)的市場(chǎng)。”，谷東科技創(chuàng)始人崔海濤說(shuō)，“我們一直以來(lái)的定位都是基于核心光學(xué)顯示技術(shù)，為企業(yè)提供整體解決方案的服務(wù)商。用創(chuàng)新為企業(yè)賦能服務(wù)?！?/span>

作為AR智能眼鏡最核心的技術(shù)之一,光學(xué)決定著產(chǎn)品體積重量、外觀設(shè)計(jì)、佩戴體驗(yàn)、產(chǎn)品定位和應(yīng)用場(chǎng)景等,重要性不言而喻。

在我國(guó)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(chǎng)景，即便是在相同的行業(yè)中也會(huì)有2-3種不同形態(tài)，不僅有雙目的AR頭盔、AR眼鏡，還有AR頭環(huán)形態(tài)的產(chǎn)品，培訓(xùn)、實(shí)訓(xùn)、虛實(shí)結(jié)合的呈現(xiàn)等場(chǎng)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)”。

“真感現(xiàn)實(shí)即在陽(yáng)光直射環(huán)境中也能看清圖像，并擁有大視野、高透過(guò)率，不漏光等特性，以保障復(fù)雜工業(yè)場(chǎng)景的安全性”谷東科技創(chuàng)始人崔海濤解釋道。

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(chǎng)面臨的一個(gè)問(wèn)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(chǎng)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(kāi)場(chǎng)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(chǎng)景需求的透明光學(xué)定制方案，并有了今天的技術(shù)突破。

AR光學(xué)突破，體全息波導(dǎo)解決全彩和二維擴(kuò)瞳難題

一直以來(lái)，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(jué)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。

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。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(guò)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顯示效果

谷東科技自主研發(fā)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(chǎng)角可達(dá)30°，相當(dāng)于3米外看到86英寸巨屏；透光率超過(guò)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?jī)H為15g，使AR眼鏡的重量控制在30g以下成為可能。

幾何光波導(dǎo)+Micro OLED實(shí)現(xiàn)高亮大視野

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(chǎng)角、透光率等方面仍具有一定優(yōu)勢(shì)。

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(chǎng)景，大視場(chǎng)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(wèn)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(chǎng)景。

而在色彩、視場(chǎng)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(guò)低。

目前包括蘋(píng)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(chǎng)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(wèn)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)?；榷鄠€(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(chǎng)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(guò)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(yú)與熊掌不可兼得的問(wèn)題?！斌w驗(yàn)M3045的媒體記者對(duì)此表示道。

瞄準(zhǔn)“卡脖子”技術(shù)，自主研發(fā)國(guó)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?！傲慨a(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(guó)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(guó)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(shù)脂材料、高折樹(shù)脂復(fù)合材料，既解決了材料供應(yīng)不夠穩(wěn)定的問(wèn)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(zhǎng)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(jiǎn)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(guó)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(zhǎng)期壟斷高端材料的局面。

此外，在高折射率樹(shù)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(kāi)發(fā)驗(yàn)證之中，目前已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)原料創(chuàng)新研發(fā)合成高折樹(shù)脂單體（>1.8）。高折樹(shù)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(guò)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(chǎng)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(chǎng)需求的逐漸增加，高折樹(shù)脂產(chǎn)業(yè)也將成為一個(gè)巨大的市場(chǎng)。

“H3040系列的發(fā)布，標(biāo)志著谷東科技將成為國(guó)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(guó)內(nèi)的商業(yè)化縮短3-5年。我們希望它的到來(lái)，能給一直緊鑼密鼓進(jìn)行中的中國(guó)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(chǎng)的全面普及，讓AR眼鏡成為更多人的生產(chǎn)力工具。

業(yè)內(nèi)首創(chuàng)單目40mm長(zhǎng)出瞳幾何光波導(dǎo)

縱觀這兩年的行業(yè)新品，單目AR眼鏡越來(lái)越稀有，雙目越來(lái)越主流。然而現(xiàn)實(shí)需求其實(shí)并非如此。

作為賦能中國(guó)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(cè)溫、儀器儀表自動(dòng)讀數(shù)、工業(yè)視覺(jué)測(cè)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(shì)仍然是雙目產(chǎn)品無(wú)法比擬的。

那么是什么原因限制了單目AR眼鏡的規(guī)?；涞亍Ｔ诠葨|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?。▋H14g）、高透（80%透光率）、大視場(chǎng)角（30°，等效3米63英寸）顯示的基礎(chǔ)上再度擴(kuò)大Eyebox，通過(guò)對(duì)光機(jī)和波導(dǎo)片的聯(lián)合設(shè)計(jì)優(yōu)化，帶來(lái)了史上首個(gè)40mm長(zhǎng)出瞳單目波導(dǎo)產(chǎn)品——M2030Q。

40mm的長(zhǎng)出瞳距意味著解決了使用者長(zhǎng)期佩戴使用出現(xiàn)的單眼聚焦問(wèn)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(chǎng)作業(yè)的效率。

 國(guó)內(nèi)多款波導(dǎo)產(chǎn)品爭(zhēng)相亮相，這預(yù)示著AR產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的成熟階段。

崔海濤認(rèn)為，對(duì)于AR眼鏡的核心部件，谷東科技必須要有自研能力，自主能把控。在所有AR眼鏡組件中，最核心也是最有門檻的是光學(xué)部分，它不只是光學(xué)本身，還包含了多個(gè)學(xué)科，崔海濤找來(lái)光學(xué)模組、光學(xué)材料專家和能幫助解決量產(chǎn)關(guān)鍵問(wèn)題的專家加入團(tuán)隊(duì)，并與著名光學(xué)研究所、實(shí)驗(yàn)室合作，建立了業(yè)內(nèi)一流的高精度納米級(jí)全息光學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

目前谷東科技多個(gè)光波導(dǎo)模組系列產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，在公安、消防、電網(wǎng)等有嚴(yán)苛要求的特殊工作場(chǎng)景下，谷東科技是許多客戶目前唯一可選擇的光學(xué)模組提供商。

“目前AR眼鏡的成本大頭在于光學(xué)顯示，而光學(xué)模組能占到眼鏡整機(jī)成本的30%-40%。我們的光學(xué)做到了材料級(jí)別，而材料都是按公斤算的，價(jià)格可以壓得很低，當(dāng)成本需要一分一毫地削減時(shí)，我們的體全息絕對(duì)是最有效的方案。”“如果不采取這樣的策略，前面可能會(huì)跑得比較快，現(xiàn)在可能得求著別人供應(yīng)光波導(dǎo)模組，受制于人，后程力不足，整個(gè)服務(wù)流程受到嚴(yán)重影響，無(wú)法用高定制方案滿足B端客戶需求。”崔海濤向記者表示。

基于對(duì)核心光學(xué)技術(shù)的篤定、對(duì)B端用戶的理解，谷東科技的堅(jiān)持自研策略，已經(jīng)為其贏得了市場(chǎng)先行優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，隨著AR眼鏡行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，谷東科技將繼續(xù)秉持自主研發(fā)的理念，深入研究和開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)，以滿足不斷變化的市場(chǎng)需求，保持其市場(chǎng)領(lǐng)先地位。