<sub id="1prfr"></sub>

          • 歡迎訪問中國光電光電子行業網! 主辦單位:中國光學光電子行業協會
          超短焦光學折疊光路(Pancake)技術淺析
          發布時間:2022-09-06    來源:網絡   閱讀次數:96 分享到:
          超短焦光學折疊光路(Pancake)技術其實是一種面向虛擬現實的解決方案,雖然目前各大廠商都盡可能把VR頭顯做輕、做薄,但采用菲涅爾透鏡作為光學方案的VR頭顯中,Meta Quest2的主機重量是503g,HTC Vive Focus3則趨近于800g。設備過于厚重會導致用戶的佩戴舒適度變差,于是能讓頭顯“減重”的Pancake方案應運而生。

          VR光學方案主要經歷了非球面透鏡、菲涅爾透鏡、Pancake方案三個階段,當前VR設備光學方案仍以菲涅爾透鏡為主,Pancake方案開始逐步滲透。近期國內華為、創維等公司公布新一代Pancake產品,海外如Meta、蘋果、谷歌都在積極進行Pancake光學方案的研發,其中國際龍頭Meta預計在下半年發布的QuestPro中采用Pancake光學方案。

          受技術進步、生態完善、價格下探、疫情催化等多重因素共振,VR終端設備市場進入高速增長期。由于消費者對無繩化、便攜化的需求,VR一體機成為VR終端設備的主流趨勢。光學組件作為VR設備的重要組成部分,將迎來快速發展機遇。

          超短焦光學折疊光路(Pancake)簡介
          從VR頭顯的拆解看,可把顯示單元分為顯示屏和透鏡。顯示屏的圖像光源通過菲涅爾透鏡,放大射入我們的眼鏡,從而形成了圖像。目前市面上絕大多數的VR頭顯,都采用了顯示屏+菲涅爾透鏡的方案。但菲涅爾透鏡的缺點之一在于太過厚重,不符合VR未來輕薄化的發展趨勢。

          要想在有限的距離內把一片光源的面積盡可能放大,一種方法是使用放大鏡;另一種方法需要借助兩面鏡子進行反射。在獲得同等光面積的情況下,后者的路線會比前者更短。掌握了這個知識,就能更好地理解Pancake成像原理。

          基于Pancake技術方案的VR頭顯,圖像源進入半反半透功能的鏡片之后,光線在鏡片、相位延遲片以及反射式偏振片之間多次折返,最終從反射式偏振片射出。同時鏡片組無需和顯示屏保持一定距離,能夠降低VR頭顯的厚度,使其做得更緊湊,整體體積也會更小。
          與菲涅爾透鏡方案相比,Pancake方案除了上述的輕薄,還能夠改善視野邊緣模糊、畫面畸變、邊緣眩光等問題,帶給用戶更出色的視覺效果。

          Pancake折疊光學方案也有尚未解決的缺陷。一方面,屏幕和折疊光路的貼合難度加碼,從而導致采用這種方案的VR眼鏡普遍售價較高;另一方面,對基于2P Pancake方案的VR設備而言,能做到的最大視場角是95-100°。有傳聞稱蘋果的第一代蘋果AR/MR將配備2個3P Pancake模組,并將帶來視場角的提升。

          目前已上市的VR頭顯中,采用Pancake超短焦光學方案的主要有:華為VR glass、HTC Vive Flow和arpara 5K,這三款產品都是分體式VR眼鏡,需要手機、電腦等外接設備來供提供供電單位和計算單位。從今年開始,我們也將陸續看到搭載這一方案的VR一體機。比如YVR2、Pico下一代高端設備、Meta Quest pro、arpara AIO,還有備受期待的蘋果MR頭顯。

          雖然Pancake超短焦將在今年下半年逐漸成為VR一體機的主流光學方案,但主要是中高端產品。當Pancake方案的需求不斷擴大,提高產能優勢后,成本才有望下降,最終惠及到消費者端,從而逐步取代采用菲涅爾透鏡方案的VR頭顯。

          VR產品普遍采用Pancake技術路線
          近期國內華為、創維等公司公布新一代Pancake產品,海外如Meta、蘋果、谷歌都在積極進行Pancake光學方案的研發,其中國際龍頭Meta預計在下半年發布的QuestPro中采用Pancake光學方案。

          多款備受市場關注的VR設備、產品普遍采用了Pancake技術路線。如Pico今年9-10月于國內及美國同步發布的 PicoNeo4以及 Pico-Neo4Pro,顯示系統搭載的是Pancake方案;Meta的ProjectCambria,預計將于10月的Connect大會發布,光學采用的也是Pancake方案;7月25日,創維VR舉行了全新品牌PANCAKEXR及新品PAN-CAKE1發布會,PANCAKE1作為新品牌旗下第一代產品驚艷亮相,這款引領超短焦時代的全球FastLCD最高PPI的面板,由TCL華星獨家供屏。創維VR總經理在發布會上指出,VR一體機的近眼顯示已從過去傳統的非球面鏡、菲涅爾鏡片進入到超短焦的PANCAKE時代。

          在VR設備結構中,光學模組作為連接顯示屏和人眼的重要橋梁,是最為關鍵的組件之一,直接影響到最終的顯示效果與使用體驗。但一直以來,VR頭顯的體積都是阻礙其普及的大難題。

          市面上主流設備如 Ocu-lusQuest2、PicoNeo3等采用的均為由傳統透鏡進階而來的菲涅爾透鏡,盡管透鏡本身實現了厚度的縮減,但仍需將屏幕放置在聚焦透鏡的近焦面處;透鏡與發光源、屏幕之間有較長距離,導致整個光學模組體積較大。而Pancake方案利用光的偏振特性,通過半透半反膜、反射偏振片等使光在光學模組中反射多次,達到“折疊”光學路徑的目的,從而大幅降低VR頭顯重量及尺寸,提升用戶的佩戴體驗。

          VR頭顯 “瘦身”正成為廠商的必修課,畢竟在面臨消費者的挑剔眼光時,只有外觀簡潔、佩戴輕松的產品才能受到更多人的青睞,而這也是廠商硬件搭臺、生態唱戲的基本前提。為解決VR產品的大體積、大重量,佩戴體驗感不佳的問題,Pancake超短焦方案應運而生。

          Pancake方案利用光的偏振特性,通過半透半反膜、反射偏振片等使光在光學模組中反射多次,達到“折疊”光學路徑的目的,從而大幅降低VR頭顯重量及尺寸,提升用戶的佩戴體驗。此外,Pancake方案通過調整透鏡組位置來直接調節屈光度,對于近視用戶而言也十分友好。

          Pancake方案通過調整透鏡組位置來直接調節屈光度,極大地方便了近視用戶。但受制于光學原理,光在Pancake模組中多次經過偏振、半反射等環節,每一環節損失約50%光效,最終光效可能僅為顯示器的10%左右,因此需搭配亮度較高的顯示屏。同時盡管Pancake方案視場角理論上限較高,但目前可實現的視場角(90°左右)明顯低于菲涅爾透鏡方案(100°以上)。不過隨著技術方案的逐步成熟,上述劣勢預計將會得到相應解決。

          據預測,2021年全球VR頭顯出貨量達1095萬臺,2024年有望達到2631萬臺;據IDC數據,2021年中國VR出貨量為138萬臺,隨著我國市場潛力不斷激發,2025年有望達到1162萬臺。由于消費者對無繩化、便攜化的需求,VR一體機成為VR終端設備的主流趨勢。光學組件作為VR設備的重要組成部分,將迎來快速發展機遇。Welsen-nXR預計全球VR光學市場規模將于2023年達到22億元,2030年有望達到500億元。目前,單個Pancake光學模組的價格約為150-200元 (不含屏幕),預計2030年Pancake以及其他更為前沿的VR光學方案占比提高。

          根據賽迪 《2021年虛擬現實產業發展白皮書》,VR產業鏈主要包括了硬件、軟件、內容制作和分發、應用與服務四大環節。

          硬件包括核心器件、終端設備以及配套外設。核心器件主要指芯片、傳感器、顯示屏、光學器件、通信模組;終端設備主要指PC端設備、移動端設備、一體機;配套外設主要指手柄、攝像頭、體感設備等。軟件包括了支持軟件和軟件開發工具包兩個部分。支持軟件主要包含UI、OS、中間件等;軟件開發工具包包括SDK、3D引擎等。

          據華經產業研究院2021年數據,顯示屏、芯片、光學器件占據了VR一體機的主要成本,分別占比約33.9%、43.7%、5.5%。價值量較高的Pancake光學方案的成本占比相對更高。據立鼎產業研究院,以Oculus-Rift為代表的VR頭顯由于不需要獨立處理器,計算能力通過外接主機實現,其成本主要集中在顯示屏、電機和機械器件上,分別占比約34.6%、12.3%、14.7%。
          免責聲明:來源標記為網絡的文章其原創性及文中陳述文字和內容未經協會證實,對本文以及其中全部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾請讀者僅作參考并請自行核實相關內容。

          簡述石英玻璃在光學領域的應用

          石英玻璃作為一種特殊的光學材料,在航空航天領域、半導體領域、精密器件領域等都發揮著極其重要作用,其性能直接制約著相關裝備的分辨率、精度、穩定性和可靠性等性能。....

          08-02

          光學加工工藝現狀及品質控制

          隨著國際上光電技術發達國家日本、美國、德國等紛紛進行產業結構調整,中國大陸逐漸成為光學冷加工中心,光學零件的需求量非常大,光學零件的加工進入高速加工時代。....

          07-04
          中國光學光電子行業協會版權所有@2022
          010-84321456/1457
          coema@coema.org.cn
          北京市朝陽區酒仙橋路四號中國電科十一所園區
          欧美性爱制服丝袜
          <sub id="1prfr"></sub>