VR产业链报告：光学、显示、交互（38页）

行业报告下载 2022年11月14日 07:07 管理员

非球面透镜基于凸透镜优化而来，体积/重量偏大，应用逐渐减少。非球面透镜方案缩短焦距主要有两条路径，一是增加透镜厚度以增加透镜中央与边缘厚度差，增强透镜对光线的折射能力；二是设臵多组透镜叠加以缩短整体透镜模组焦距。但是这两条路径在缩短焦距的同时均增加了成像模组的体积，与轻薄化的设计诉求相悖，阻碍了其在 VR 头显领域的进一步应用。菲涅尔透镜本质是扁平版凸透镜，体积相对较小，生产工艺成熟，被市场广泛采用。菲涅尔透镜是普通凸透镜连续的曲面被截为一段段曲率不变的不连续曲面，可以被视作一系列的棱镜按照环形排列，边缘尖锐而中心光滑，看上去有一圈圈的纹路。菲涅尔透镜在传统透镜的基础上去掉直线传播的部分而保留发生折射的曲面，从而达到省下大量材料同时又达到相同的聚光效果。其光学原理是光传播的方向在介质中不会改变（散射光除外），而是在介质的表面偏离，因此，去掉透镜中心的大部分材料不会影响成像。 Pancake 光学方案将光路多次折返，大幅压缩 VR 光学总长（镜头中镜片的第一面到像面的距离）。Pancake 方案利用半透半反偏振膜的透镜系统折叠光学路径，光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振片之间多次折返，最终从反射式偏振片射出进入人眼。Pancake 方案的核心思路是通过折叠光路压缩屏幕与透镜之间的距离，是当前 VR 头显轻薄化的主流选择，工艺成熟、成本可控，已可实现大规模量产，预计将在短中期内将迎来广泛应用。

据 Wellsenn XR，目前，非球面透镜与菲涅尔透镜的 TTL 约为 40-50mm，Pancake 光学方案的 TTL 约为 18-25mm。相较于人眼自然成像，VR 头显屏幕发出的光线没有深度信息，光学模组焦距固定。当设备使用时候，人眼焦点调节与成像纵深感不匹配，由此产生视觉辐辏调节冲突（VAC），使得用户在佩戴 VR 头显一段时间后会感到头晕或疲劳。视觉辐辏调节冲突的解决方案一般有两种，一种是在显示屏幕中加入深度位臵信息，使人眼在看到图像时能够自由调节焦距，另一种是通过 VR 光学变焦设计，根据显示屏和眼睛观看的位臵实时改变焦平面，让二维屏幕实现三维景深，从而实现辐辏和调焦协调。 VR 光学变焦方案中目前较为成熟的是机械式可变焦显示，其原理是通过图像处理技术，定位瞳孔中心坐标，利用内臵算法推算人眼的注视点，通过电机+齿轮模组推动分光镜完成可变焦，以实现镜片和注视点多个自由度的实时变化。机械式可变焦可与眼动追踪技术相结合，基于眼部细微特征变化校订模组焦距，模拟人眼自然成像，可以明显减缓 VAC 带来的眩晕问题。目前，Pancake 与机械式可变焦技术已经逐渐走向成熟，Pancake+可变焦+眼球追踪有望成为新一代 VR 头显的主流趋势。Meta Half Dome 2 原型机，就是在折叠光路模组中加入了机械式变焦系统，其采用了音圈致动器和弯曲铰链阵列，配合眼动追踪可实现无级变焦调节。