摘要:近日,《元宇宙產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展三年行動計劃(2023-2025年)》發(fā)布。
近日,《元宇宙產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展三年行動計劃(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,要引導(dǎo)金融資本支持元宇宙發(fā)展,推動減稅降費政策向元宇宙相關(guān)產(chǎn)業(yè)傾斜,營造健康可持續(xù)的產(chǎn)融合作環(huán)境。
隨著芯片、AI、云計算等基礎(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展,5G網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋以及國家政策的積極推動,VR/AR硬科技的價值逐漸開始成規(guī)模落地,行業(yè)進入新一輪飛速上升期,預(yù)計2024年,AR方向更將迎來一波新的投資高潮。
“用AI+AR手段助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,這是個百億級的市場。”,谷東科技創(chuàng)始人崔海濤說,“我們一直以來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)。”
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、佩戴體驗、產(chǎn)品定位和應(yīng)用場景等,重要性不言而喻。
在我國各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)中,工業(yè)AR有各種各樣的形態(tài),針對不同的場景,即便是在相同的行業(yè)中也會有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)、實訓(xùn)、虛實結(jié)合的呈現(xiàn)等場景對硬件與軟件的要求都是多樣化的。而在多樣化之中,有一項訴求是共需的,那就是“真感現(xiàn)實”。
“真感現(xiàn)實即在陽光直射環(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”谷東科技創(chuàng)始人崔海濤解釋道。
這樣的觀點在海內(nèi)外也有較多共識,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,因為AR的用途將決定硬件需要什么樣的設(shè)計。
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)解決全彩和二維擴瞳難題
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)二維擴瞳技術(shù)進行優(yōu)化,使光機更加輕巧,模組整體造型更能貼近于真實的眼鏡形態(tài),并大大節(jié)約全息波導(dǎo)制作時間以及成本。
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。通過獨特的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和圖像處理算法,實現(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。其視場角可達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。
幾何光波導(dǎo)+Micro OLED實現(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、生產(chǎn)制造以及量產(chǎn)規(guī)模化等多個角度綜合考慮,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1952*1232全高清級別,視場角達到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M3045的媒體記者對此表示道。
瞄準(zhǔn)“卡脖子”技術(shù),自主研發(fā)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)計軟件、系統(tǒng)設(shè)計仿真、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,隨時存在卡脖子的風(fēng)險。
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)上實現(xiàn)了領(lǐng)先。例如:
在體全息方面,實現(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)定的儲存性和更好的可加工性,便捷運輸性;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驗室也正在積極開發(fā)驗證之中,目前已實現(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,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,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行中的中國工業(yè)數(shù)字化改造提供更強勁的燃料,同時,能推動輕薄型全天候AR設(shè)備在消費級市場的全面普及,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眼鏡越來越稀有,雙目越來越主流。然而現(xiàn)實需求其實并非如此。
作為賦能中國智造的行業(yè)級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)對巡檢運維最大的訴求,特別是在能源,電力等類型企業(yè),最核心的還是實施移動工單、紅外識別與測溫、儀器儀表自動讀數(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)上再度擴大Eyebox,通過對光機和波導(dǎo)片的聯(lián)合設(shè)計優(yōu)化,帶來了史上首個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,也能進一步提升現(xiàn)場作業(yè)的效率。
國內(nèi)多款波導(dǎo)產(chǎn)品爭相亮相,這預(yù)示著AR產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展進入一個新的成熟階段。
崔海濤認(rèn)為,對于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,還包含了多個學(xué)科,崔海濤找來光學(xué)模組、光學(xué)材料專家和能幫助解決量產(chǎn)關(guān)鍵問題的專家加入團隊,并與著名光學(xué)研究所、實驗室合作,建立了業(yè)內(nèi)一流的高精度納米級全息光學(xué)實驗室。
目前谷東科技多個光波導(dǎo)模組系列產(chǎn)品已實現(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成本的30%-40%。我們的光學(xué)做到了材料級別,而材料都是按公斤算的,價格可以壓得很低,當(dāng)成本需要一分一毫地削減時,我們的體全息絕對是最有效的方案。”“如果不采取這樣的策略,前面可能會跑得比較快,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,整個服務(wù)流程受到嚴(yán)重影響,無法用高定制方案滿足B端客戶需求。”崔海濤向記者表示。
基于對核心光學(xué)技術(shù)的篤定、對B端用戶的理解,谷東科技的堅持自研策略,已經(jīng)為其贏得了市場先行優(yōu)勢。未來,隨著AR眼鏡行業(yè)的進一步發(fā)展,谷東科技將繼續(xù)秉持自主研發(fā)的理念,深入研究和開發(fā)更先進的光學(xué)技術(shù),以滿足不斷變化的市場需求,保持其市場領(lǐng)先地位。
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