光學(xué)作為AR智能眼鏡最核心的技術(shù)之一,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。AR眼鏡的光學(xué)部分 ，就是智能手機(jī)的屏幕。早期的AR產(chǎn)品，類似于3G時代的手機(jī)屏幕，亮度低，可視角小，笨重，耗電。以不同的光學(xué)技術(shù)為核心制造出來的AR眼鏡，存在著相當(dāng)大的差別，沒有一個統(tǒng)一的產(chǎn)品形態(tài)，內(nèi)容、平臺等等的生態(tài)只是沒有基礎(chǔ)的空中樓閣。 AR光學(xué)是創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊能突圍而出的領(lǐng)域，是VC投資的熱點(diǎn)，也是這整個文章的重心所在。

現(xiàn)有的AR眼鏡方案，無論是工業(yè)級AR眼鏡還是消費(fèi)級AR眼鏡，硬件差異基本可以總結(jié)為微顯光引擎模組、光學(xué)顯示模組、感知&計算模組三大部分各方案組合的量產(chǎn)成本、量產(chǎn)可行性和良率。就光學(xué)顯示模組而言，不同品牌AR眼鏡所采用的顯示方案不同，目前比較成熟的增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)中的光學(xué)顯示方案主要分為棱鏡方案、birdbath方案、自由曲面方案、離軸全息透鏡方案和波導(dǎo)（Lightguide）方案。 自由曲面和BirdBath，業(yè)界已經(jīng)看到了它注定被淘汰的未來。2022以來，BirdBath的偽AR眼鏡已經(jīng)基本沒有門檻，除了Nreal和雷鳥兩家全自研光引擎、Nreal自建光引擎組件工廠，其他不是用惠牛就是視涯的現(xiàn)成光機(jī)模組。 光波導(dǎo)方案在清晰度、可視角度、體積等方面均具優(yōu)勢，而且光波導(dǎo)的鏡片可以做到2毫米以下，加上光機(jī)的綜合體積可以做到非常小巧，在AR眼鏡的ID設(shè)計上是最接近普通眼鏡外觀的，實現(xiàn)最小化遮擋用戶視野，大幅提升了AR眼鏡全天候佩戴的可行性，接近于光學(xué)透視（OST）類AR可穿戴設(shè)備的最佳選擇。

基于波導(dǎo)技術(shù)的AR眼鏡，一般由顯示模組、波導(dǎo)和耦合器三部分組成，所使用的光波導(dǎo)技術(shù)總體上可分為幾何波導(dǎo)方案（Geometric Waveguide）和衍射光波導(dǎo)方案（Diffractive Waveguide）兩種。 前者基于幾何光學(xué)的全反射原理，利用光學(xué)冷加工工藝，成像質(zhì)量更佳；后者屬于衍射光學(xué)范疇，基于微納米結(jié)構(gòu)的特定光柵來傳播，光柵結(jié)構(gòu)可更靈活地實現(xiàn)擴(kuò)瞳等用途。偏振陣列波導(dǎo)方案的光效率高于衍射光波導(dǎo)，且具有大視場、大眼動范圍和色彩均勻性好等的優(yōu)點(diǎn)，可以實現(xiàn)多通道的光傳輸和集成，易于制造和集成，具有較高的耦合效率和傳輸效率，可以通過設(shè)計不同的波導(dǎo)參數(shù)實現(xiàn)不同的光學(xué)性能。但由于偏振陣列波導(dǎo)本身工藝的復(fù)雜性，在設(shè)計和加工均有很高的技術(shù)壁壘，如分光膜陣列鍍膜工藝不夠完善，分光面表面平整性、精度要求高，排布密度較高，制造成本相對較高。 2022年年底谷東科技發(fā)布了全新產(chǎn)品5G一體式陣列光波導(dǎo)AR眼鏡。在小米、OPPO、李未可都做的是單綠色Micro LED+衍射光波導(dǎo)的情況下，谷東科技選擇了光效更高的陣列光波導(dǎo)和體全息光波導(dǎo)兩種最新技術(shù)優(yōu)勢的X系列混合光波導(dǎo)技術(shù)，實現(xiàn)了全彩顯示、高透光的工業(yè)級AR眼鏡。

C2000S基于陣列光波導(dǎo)技術(shù)的AR光學(xué)模組已就透光度和光學(xué)利用率實現(xiàn)突破，普遍透光率可達(dá)81.5%，近乎裸眼觀察，能最大限度的保障作業(yè)安全。 ? 業(yè)內(nèi)光效最高的光波導(dǎo)技術(shù) 國內(nèi)的大部分AR整機(jī)廠商，都是初創(chuàng)企業(yè)，技術(shù)和資源都不可能和微軟、Magic Leap相比。主要是利用國內(nèi)完善的加工產(chǎn)業(yè)鏈，推出自己的整機(jī)產(chǎn)品，但掌握核心部件的研發(fā)能力并不多。目前看來，國內(nèi)的AR整機(jī)廠，優(yōu)劣還是看產(chǎn)品化的能力，和2B/2G的市場能力。 谷東堅持自主研發(fā)，經(jīng)過精確的模擬計算，得到特定規(guī)格的光束來做曝光，過程中所使用的激光光強(qiáng)、主頻率、帶寬、相干性，以及材料的配方、曝光環(huán)境都是根據(jù)材料的特點(diǎn)通過真實的全息實驗尋找最佳參數(shù)，因此這也提升了技術(shù)的研發(fā)難度和市場壟斷性。

最近發(fā)布的幾款A(yù)R新品中幾何光波導(dǎo)和衍射光波導(dǎo)都有涉及，看出不同廠商對光學(xué)方案的選擇有不同考慮。光學(xué)方案的選擇基本從成本（預(yù)計量產(chǎn)成本）、技術(shù)壁壘、技術(shù)研究的復(fù)雜以及專利等壁壘、成熟度（技術(shù)與量產(chǎn)的距離）、硬件舒適度、成像效果等幾個維度來進(jìn)行考量。（圖為國內(nèi)主流AR友商的光學(xué)方案及量產(chǎn)水平）

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MP：規(guī)模量產(chǎn) PT：產(chǎn)品原型已完成 ODM：由第三方設(shè)計?圖源：HTC VIVE X加速器 ? ? 成像效果方面，優(yōu)質(zhì)的波導(dǎo)顯示需要高亮度、寬視野、出色的色彩保真。谷東科技首創(chuàng)自主知識產(chǎn)權(quán)七折疊、十二面體光機(jī)專利技術(shù)，做出了業(yè)內(nèi)最高亮的基于OLED的陣列光波導(dǎo)產(chǎn)品，其光效在市場上具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢。在同等條件下，谷東科技光波導(dǎo)產(chǎn)品的顯示亮度可達(dá)到業(yè)界同行的4~5倍。 技術(shù)壁壘方面，從設(shè)計、研發(fā)、工藝再到生產(chǎn)，每一環(huán)節(jié)都掌握多項關(guān)鍵技術(shù)。

5年來，谷東科技已經(jīng)獲得核心技術(shù)專利120余項，所采用的光波導(dǎo)AR顯示方案在工藝和可量產(chǎn)性方面趕超世界水平。 ? 核心參數(shù)方面，谷東科技光波導(dǎo)在輕薄、高透、全彩顯示的基礎(chǔ)上擴(kuò)大了Eyebox，高透過率81.6%、出瞳距35mm、最低功耗220毫瓦可達(dá)450nit入眼;高對比度100000:1;-40 ℃-80 ℃，大視場46 °-60 °低成本、高迭代速度、大出瞳尺寸25X25mm ，顯示效果保持業(yè)界領(lǐng)先水平。 在量產(chǎn)方面，谷東科技堅持從研發(fā)階段開始就將工藝進(jìn)行拆分細(xì)化，建立了一套可控的量產(chǎn)供應(yīng)鏈體系，通過長時間的工藝實驗制定了嚴(yán)格制程管控和測試標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了多款基于陣列光波導(dǎo)技術(shù)的AR光學(xué)模組的量產(chǎn)，而且量產(chǎn)良率以及成本控制均領(lǐng)先于同行。年產(chǎn)能達(dá)到80-100萬片，體全息波導(dǎo)達(dá)到小批量試產(chǎn)階段，能夠滿足部分客戶使用。

? 谷東科技陣列波導(dǎo)與體全息光柵波導(dǎo)AR光學(xué)模組

谷東科技自主研陣列光波導(dǎo)和體全息光學(xué)產(chǎn)品，以無光機(jī)光波導(dǎo)顯示、混合高光效大視場顯示填補(bǔ)行業(yè)技術(shù)空白。自主創(chuàng)新的光路設(shè)計、算法，搭配特殊材料工藝，有效解決同行產(chǎn)品常見的雜像、條紋感、鬼像、畸變、色散等疑難問題。高光效、高透過、長出瞳距等技術(shù)特點(diǎn)，有效滿足各類使用需求。

AR光學(xué)模組M3043

M3043為Top-down結(jié)構(gòu)，水平視場完全無遮擋，消除安全隱患，標(biāo)配LCOS作為像源，分辨率可達(dá)到1920*1080，提供接近人眼極限分辨能力的光學(xué)解析力，畫質(zhì)清晰細(xì)膩，圖像反差銳利，不會有顆粒感。基于晶體材料的各向異性特性實現(xiàn)了光學(xué)器件的復(fù)用，將原本在光波導(dǎo)內(nèi)朝一個方向傳播的光線折疊成7段，使投影光機(jī)單元體積縮小85%。該光學(xué)模組視場角可達(dá)43度；出瞳距離可達(dá)22mm；具有高對比度1000：1；而且光效高，入眼亮度高達(dá)1500nit，完全適用于戶外環(huán)境下的安防、應(yīng)急、電力、能源等行業(yè)。另外，該模組采用特殊選擇的材料和工藝搭配，有效解決了同行產(chǎn)品固有的雜像、條紋感、鬼像、畸變、色散等疑難問題。同時，波導(dǎo)鏡片自主設(shè)計，委外加工，工藝可控，透光率大于85%，鏡片厚度為2毫米，并已量產(chǎn)，通過最優(yōu)的材料選型、加工工藝，以及最優(yōu)的全自動一體化膜系設(shè)計，可保證材料、加工的一致性，所以產(chǎn)品出品良率業(yè)內(nèi)最高。 該模組真正集合了光波導(dǎo)模組極薄、極輕、極高的色彩還原等所有優(yōu)勢，并將其性能發(fā)揮到極致。此外，谷東科技公司對產(chǎn)品的檢測有著超嚴(yán)格的環(huán)境測試標(biāo)準(zhǔn)，面對極端高、低溫環(huán)境，以及高濕度和持續(xù)鹽霧侵襲，該光學(xué)模組都能可靠性穩(wěn)定工作。

? ? 谷東科技-基于偏振陣列波導(dǎo)技術(shù)的光學(xué)模組M3043

AR光學(xué)模組M2026

M2026為側(cè)入式結(jié)構(gòu)模組，更適用于眼鏡形態(tài)。該模組采用高亮度、高對比度（100000：1）、低功耗的0.23英寸OLED作為顯示器，無屏幕感，產(chǎn)品壽命長。模組視場角為26度；出瞳距離為22mm；光學(xué)畸變<2%。體積小巧、輕量化設(shè)計，模組凈重12g左右。

? ? 谷東科技-基于偏振陣列波導(dǎo)技術(shù)的光學(xué)模組M2026

? AR光學(xué)模組M2026E

M2026E視場角為26度；出瞳距離為18mm。相較于M2026，具有更小的光機(jī)尺寸以及更輕的重量（約為9g），產(chǎn)品配戴體驗感更佳。

? 谷東科技-基于偏振陣列波導(dǎo)技術(shù)的光學(xué)模組M2026E。 ?

?基于體全息光柵波導(dǎo)的AR光學(xué)模組

M3046H-S/F是基于體全息光柵波導(dǎo)技術(shù)設(shè)計的AR光學(xué)模組，視場角為46度，亮度大于300nit。其波導(dǎo)傳輸裝置中的耦入/耦出光柵為兩個成鏡像對稱制作的彩色體全息光柵。該彩色體全息光柵為反射型體全息光柵，基于角度/波長復(fù)用技術(shù)制作而成。反射型體全息光柵具有更小的衍射帶寬，可最大限度消除顏色串?dāng)_問題。

在體全息光柵制造過程中，采用全息材料曝光方法將RGB三色合一到一片衍射波導(dǎo)上，利用相干記錄，衍射復(fù)現(xiàn)的原理將圖像傳到人眼顯示。搭建精密的光路結(jié)構(gòu)，編寫自動控制程序，嚴(yán)格控制感光材料曝光前后的收縮比，保證體全息光柵的衍射效率以及出射光亮度的均勻性。同時，該光學(xué)模組為單片集成式的彩色體全息光柵波導(dǎo)，可實現(xiàn)單片式波導(dǎo)全彩色傳輸，使波導(dǎo)鏡片更輕薄，重量更輕，而且不會出現(xiàn)三片式或兩片式波導(dǎo)傳輸需要后期校準(zhǔn)問題，還可有效降低制造成本。 該產(chǎn)品遠(yuǎn)比微軟的三層、MagicLeap、Waveoptics、鯤游光電的兩層衍射光波導(dǎo)光效更高，色散更少，佩戴體驗感更好。圖是谷東科技研發(fā)的單層全彩色體全息光柵波導(dǎo)相應(yīng)的顯示效果。

體全息光柵波導(dǎo)方案利用全息光柵來作為光線的耦入/耦出裝置，其將波導(dǎo)的全反射特性和全息光柵的衍射特性相結(jié)合，可實現(xiàn)大視場、大出瞳圖像輸出，從而被應(yīng)用于新一代頭盔顯示系統(tǒng)中，相對于傳統(tǒng)的陣列光波導(dǎo)，全息光波導(dǎo)可有效降低顯示系統(tǒng)的厚度和重量。此外，體全息光柵作為一種通過光學(xué)曝光得到的體全息光學(xué)元件，有著集成其他光學(xué)器件功能的可能性，比如可以將顯示模組中的準(zhǔn)直鏡集成進(jìn)來，使入耦合器同時具有耦合和準(zhǔn)直的功能。 在全息行業(yè)深耕多年，谷東科技完成了高衍射效率、高透過率、低色散的可實現(xiàn)單片全彩傳輸?shù)捏w全息光柵波導(dǎo)樣片的制備，已在體全息的研制方面具有雄厚的理論和工藝沉淀，掌握了體全息光波導(dǎo)的研制要點(diǎn)，并建有了千級潔凈室、氣動制作平臺等，經(jīng)多輪驗證，已具備一維及二維單片超薄體全息光波導(dǎo)大批量量產(chǎn)的能力。 ? ?

編輯：黃飛

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