谷东科技 崔海涛：如何选择工业AR场景下的最佳光学技术方案

2023年9月6日，由VR陀螺联合CIOE中国光博会主办、恒悦创客魔方协办的“光遇·第四届中国AR技术应用高峰论坛”在深圳会展中心顺利举办。

该活动以“光遇”为主题，聚焦AR在光学技术、工艺制作方面的突破以及应用场景和发展机遇。来自JBD、耐德佳、莫界科技、瑞声科技、谷东科技、MKS、VR陀螺的行业嘉宾为到场观众带来了精彩的分享，演讲内容干货满满。

其中，谷东科技 创始人 崔海涛为与会来宾奉上了“如何针对工业AR场景选择光学技术方案”的主题演讲。

以下为演讲实录：

听了各位同行的分享，我可能会有几点跟大家讲的不太一样。前面几位行业专家都在讲ToC消费端。前几位行业专家都介绍了ToC消费端的内容，而我今天要与大家分享的是ToB工业端，以及对于AR技术和光学领域的需求。

刚才杨博和陶总都提到的体全息衍射光波导，我们的产品今天也在展位上出展。杨博提到的光质聚合物的光刻胶和高折柔性、高透波导基底，我们也在进行相关研究和开发工作。市场上存在许多不同的厂家提供各种各样的光学方案。没有一个绝对的优劣之分，只能说这些方案在当前情况下都是相对平衡的选择。

显示芯片和光学模组占了整个AR眼镜的百分之七八十的成本。其他的例如电池、感知单元、存储芯片等等的占比就相对较小。所以光博会会看到很多从事AR、VR的企业都把光学显示作为重点来介绍。

目前，整个行业的发展趋势是将眼镜的性能提升，功耗降低，并在光学方面实现极致的轻薄小巧。大家都希望能够开发出轻量级的AR智能眼镜。而在B端工业领域，不仅有双目的AR头盔、AR眼镜，还有AR头环形态的产品，对低功耗、高亮度、散热能力等需求更加重视。

对于ToB端眼镜，我们的需求不断发展，从简单的显示和采集，到空间感知，再到虚实融合诉求，在提高光效、成像质量、亮度、视场角色彩、透过率、轻便性和舒适度，以及高清化的同时降低价格成本。目前谷东科技也在做体全息，我们可以降到现在主流光学方案的十分之一的成本。另外，我们在材料，还有光子聚合物等工艺方面，也做了一些自研突破。

那么谷东如何平衡AR眼镜的功耗、亮度和重量？传统的DLP光学引擎和LCOS光学引擎功耗比较高。大家都追求的MicroLED和MicroOLED技术也存在一些问题，比如产品的成熟度和显示亮度较低的问题，特别是MicroOLED，由于光波导效率较低，如何通过MicroOLED实现高亮度的显示模组？大家都在受这个问题的困扰。谷东自己也踩过坑，但也总结了一些自己的经验。

就是通过小体积的光机，我们可以缩小整个光学部分的整体体积，使得轻量化的眼镜成为可能。大家可以在我们展位上看到，我们都是用比较低功耗的显示芯片，包括小尺寸和中尺寸的MicroOLED、MicroLED都有，总体来讲还是希望实现低功耗、高亮度。

在重量和功耗上，我们采用MicroLED或MicroOLED的方案来降低整机部分的功耗。MicroOLED做了这么久，大家只在BB模组和曲面模组上有见到，实际上无论是在衍射光波导还是阵列光波导上，大家见到的都非常少，就是因为它的亮度目前还是比较低的。但是我们用MicroOLED还是做了入眼亮度大概八九百尼特的模组，可以满足日常的使用。

另外，在体全息方面，我们提供了RGB三色和单色矢量二维的方案。我们采用光致聚合物材料制作的体全息材料非常稳定，这也是我们一直努力解决的共性问题的结果。目前，我们已经成功制作了单片全彩矢量二维体全息模组，使用了比较轻薄的树脂材料。

与传统的三转折全息模组或压印、刻蚀模组相比，二维矢量反射式全息模组具有更高的光效。此外，由于制造过程简便，成本也较低。如果与MicroLED的光机匹配使用，我们可以将模组放置在眼镜腿内部，实现超轻便的佩戴。

在出瞳距方面，今天我们也展示了满足工业大出瞳需求的产品，带来40mm长瞳距的单目波导。在单目形态下，我们时时刻刻要远离眼睛，但又要能够看清全部显示内容，所以对出瞳要求是非常高的。而现在市面上大部分模组，出瞳距大概都在20左右，其实是满足不了工业悬挂式产品需求的。

现在AR已经在各种行业里边得到了广泛应用，我们也在不断通过光学技术的迭代服务于行业。下面介绍一下按照场景选择光学的情况。

从空间分，有主要在室内使用的，比如博物馆，在室外使用的，比如电力，包括安防；从场景分，比如巡检，包括可视化、培训等场景。

首先对应刚才讲的各个场景和使用环境，我们希望产品形态能够做到非常像眼镜，功能、性价比都能做到极致。同时视野要做到足够大，提高透过率，而且在室外有阳光直射的条件下也能实现高清显示，在功耗方面能够用最低的功耗实现最高亮度。

在室外场景中，我们发现客户对于入眼亮度在500-800尼特之间的光学方案比较接受。虽然我们之前尝试过基于LCOS技术的高亮度（约1500尼特入眼亮度）方案，但客户反馈长时间使用后眼睛会感到疲劳。因此，我们停产了高亮度的3043模组，推出了亮度约800-900尼特的3045模组。这样，在室外条件下如有适当的遮光，该产品既能够抵御阳光的干扰，也不至于使眼睛过度疲劳。因此，在实际使用上，并不是一味地追求更高的入眼亮度，这有些自相矛盾。

其次，对于安全帽形态的场景，我们通常采用可翻转的双目结构。这种场景要求较高的透过率，并且尽量提供较大的视场角。因为通常需要显示较大的图纸和模型，否则用户可能会选择单目形态。

在培训场景中，我们认为不一定非要选择光波导技术。我们认为BirdBath、曲面方案等其他方案也能够为用户带来很好的沉浸式虚实融合体验。

对于巡检维修和运维类场景，屏幕刚需不太强，也就是说可以根据需求选择不同种类的产品，例如长距离和单目的产品反而更加能满足客户需求。而对于细节要求较高、需要查看图纸或模型等情况的场景，双目头戴式产品更符合这类用户需求。

对于军工单位，包括军警，他们不太喜欢侧入式的产品，因为这对人眼的正常视野造成一定的遮挡。因此，他们一般要求采用top-down式的光波导方案，以减少视野的盲区，实现虚拟信息与真实环境的完美融合。同时，同时因为它有高低温、大视场等要求，所以挑战还是相对比较大的。我们采用MicroLED和MicroOLED的方案，也是为了解决这一类的环境挑战和市场要求。

在非工业属性的需求，比如信息提示类，这种场景要求成本低，并且显示大不一定是刚需，我们也能提供成本极低的单目、甚至单色的方案。对于识别以后显示信息的场景，我觉得低成本方案是一个非常好的选择。当然有的客户对于单目观看可能会有习惯问题，所以也会选择双目AR产品。

还有游戏娱乐场景，就是把FOV尽量做大，成本尽量做低。

大家可以看到现在我们的展位上也有推出45度以上，透过率大于85%，绿色或者是全彩的矢量二维体全息光波导。我们认为未来随着材料和工艺的进一步完善，这种方案实际上是符合大多数场景下的低成本、高亮度、低功耗要求的。大家可以去谷东的展台体验。

我们服务了各种行业的客户，对于不同行业AR的光学显示要求也都做过深度的调研，所以今天跟大家分享了一些关于如何在各种场景下选择光学方案的看法。谢谢大家。