回看2022年发布的26款VR产品，Pancake折叠光路方案逐步成为主流。近段时间业内频频传出苹果即将发布MR新品的信息，市场对苹果MR的期待值越来越高。且根据其非官方渲染图来看，苹果MR大概率采用了Pancake折叠光路方案，为的是实现轻薄和舒适的佩戴体验和更高质量的成像效果。
(相关资料图)
XR要进一步深入C端市场，近眼显示系统是一个很关键的因素。随着XR底层供应链逐步发展，Pancake方案已进入可稳定生产的阶段。但若要实现更高的清晰度和光学性能，进一步解决畸变等光学缺陷问题，并降低工艺难度、物料成本以及硬件体积，需要各硬件厂商积极探索，寻求更好的平衡点。
在基于Pancake光学方案的VR光学镜头设计上，广州市多普光电科技有限公司（以下简称多普光电）已经取得了重大突破。多普光电是一家专业的从事创新光学设计的公司，在过去的两年多的时间里，多普光电的光学设计团队潜心研发，终于开辟了一条独特的道路。
传统Pancake方式的光学系统多为多片透镜与膜片的组合，结构相对复杂，在将这些光学器件组装成镜头的过程中，容易产生一些光学上的缺陷，比如透镜与透镜之间的不同心、不同轴，从而导致成像质量的下降。多普光电采用了全新的设计思路，将镜头的光学组合简化为仅仅一组胶合透镜，其优势在于能够显著地增加透镜的加工精度、优化生产成本以及提升装配精度和效率。
除此之外，当前行业内基于传统Pancake方式的VR镜头几乎都还存在着另一个明显的光学缺陷，即存在较大的畸变，有的甚至达20%以上。多普光电的设计团队经过大量的设计模拟、打样和样品测试，成功地找到了合适的透镜材料，并搭配非球面式的光学设计，突破性地将Pancake方式的VR镜头的畸变都控制在2%以内。这一独特的设计方案成功地获取了国家发明专利授权。
图1：多普光电的新一代Pancake方案
鉴于业内用于VR设备的微型高清显示屏可选项不多，部分显示屏型号仍未量产，以及Pancake方式对显示屏亮度具有很高的要求（≥1500尼特），多普光电在设计镜头时，针对性的基于0.49英寸、0.71英寸和1.03英寸微型高清显示屏做了适配。
除了基于Pancake方式的VR镜头，还有2款多片透镜折射式成像的VR镜头。现阶段，两种不同成像方式的VR镜头有部分已经可以量产供货和小批量样品供货。目前已适配的显示屏有：
视涯（SeeYa）0.49英寸显示屏
该屏是OLEDoS显示屏，分辨率1920×1080，亮度1800尼特。目前有一些AR和VR设备采用了该屏幕。多普光电适配该屏幕的VR镜头有V2、P2和PW2三个型号，其中V2是五片折射式成像的镜头，P2和PW2是Pancake方式的镜头。
目前V2镜头应用在了CINESOLO V2头戴式显示器上。CINESOLO是一个新晋VR头戴式显示器品牌。CINESOLO V2采用了V2镜头和SeeYa的 0.49英寸OLEDoS屏幕，主机重量小于110g，佩戴方便，极具便携性，支持USB Type-C接口信号输入，非常适合搭配具有DP协议信号输出的移动终端产品使用。
图2：VR头戴式显示器CINESOLO V2
P2是一款基于Pancake方式的VR镜头，具有尺寸小、厚度薄、重量轻、畸变极低（＜1.8%）等特点，搭配该屏幕时，双镜头瞳距可小至46mm，比较适合儿童穿戴的VR类产品的应用，以及枪瞄等特种产品的应用。
图3：Pancake方式的VR镜头，P2示意图
PW2同样是一款基于Pancake方式的VR镜头，也具有尺寸小、厚度薄（最小至10mm）、重量轻（10g左右）、畸变极低（＜2%）等特点，搭配0.49英寸屏幕时，FOV可达64度，比较适合应用到观影类VR产品，为此类产品带来优秀的轻量化和轻薄化的设计。
图4：Pancake方式的VR镜头，PW2示意图
索尼（Sony）与京东方（BOE）0.71英寸，视涯（SeeYa）0.72英寸显示屏
索尼的0.71英寸屏幕是目前市面上应用较多的一款Micro OLED屏幕，分辨率为1920×1080，最高亮度为700尼特，常见于数码相机的取景器和某些XR观影类产品上。多普光电为适配该屏幕开发了V1镜头，它采用了多片透镜折射式成像的方案。
CINESOLO V1是一款采用V1镜头的VR观影类头戴式显示器。得益于索尼此款屏幕的信号接收模式LVDS，CINESOLO V1能够实现自带投屏功能，高中低端的移动设备和PC设备只要能够接入WiFi无线网络，与CINESOLO V1处于同一个无线局域网，就能实现无线投屏。据了解索尼未来也将开发高亮度版本的0.71英寸屏。
图5：VR头戴式显示器CINESOLO V1
视涯的0.72英寸屏是一款OLEDoS屏幕，分辨率为1920×1080，最高亮度为1800尼特，据厂家介绍，已经可以向市场少量供货。
针对高亮度0.71和0.72英寸屏幕，多普光电开发了P1和PW1两款基于Pancake方式的VR镜头，其中P1将会定位为一款经济实惠的VR镜头，FOV可达58度，畸变可小于1.5%。PW1则具有更强的性能，更宽的FOV（可达72度）、更薄的厚度（小至12.5mm）、更轻的重量、畸变小于1.5%，适合应用于加入轻度多传感器的具有轻量化和轻薄化设计的VR一体机。
图6：Pancake方式的VR镜头，P1示意图
视涯（SeeYa）1.03英寸显示屏
视涯的1.03英寸屏是一款正方形的OLEDoS显示屏，超高分辨率2560×2560，最高亮度1800尼特，受到了广大VR开发者的关注，多普光电为适配该屏幕开发了P3和PW3两款基于Pancake方式的VR镜头。
其中P3定位为一款经济型的Pancake镜头，FOV为60度，畸变小于1.4%。
图7：Pancake方式的VR镜头，P3示意图
PW3定位为一款应用于专业级的VR一体机的Pancake镜头，具有更宽的FOV（95度）、厚度薄（13.5mm）、重量轻、畸变小于1.8%等特点，为多功能专业级VR一体机带来更加轻量化和轻薄化的设计。
多普公司开发的这一系列VR镜头，其中V1、V2已经完成量产准备，很快将可以批量供货，P1、P2、P3已经可以小批量出货，PW2可以提供测试样品。
目前，索尼 0.71英寸高亮度版本屏幕仍未面世，京东方0.71英寸和视涯0.72英寸还没有量产，鉴于PW1镜头生产需要投入较大的模具开发费用，在屏幕无法正常供货的情况下，暂时还不能向市场提供PW1镜头样品。
关于适配视涯1.03英寸屏幕的PW3镜头，虽然该屏幕倍受大家关注，但由于其形状为正方形，所以在光学设计上存在着一定的困难。多普光电认为，由于该屏的边长为18.5mm，在光学设计上要以1.03英寸（对角线26.2mm）作为基准像高来校正像差，对镜头的设计参数提出了很高的要求，也导致后期的制造成本变高，然而在实际应用时，镜头成像区域内有相当多的屏外面积没有得到充分利用，如下图所示：
图8：1.03英寸方形屏幕和其成像显示利用
当用户在观影模式下（16:9视频比例），实际像素为2560×1440，换算为屏幕的有效使用尺寸仅为0.85英寸，性价比较低，如下图所示。当前较多的VR产品中的大尺寸Fast-LCD采用了八边形的屏幕形状也是基于相似的原因。
图9：1.03英寸方形屏幕16:9成像显示利用
因此，多普光电暂时没有做出PW3样品。虽然如此，多普光电也提出了自己的关于屏幕的独到见解：
通常情况下，一个12英寸的晶圆能够切割120片1.03英寸正方形的屏幕。这是在有限的晶圆尺寸下发挥出屏幕的最大产出量。然而正方形屏幕在光学利用率上无法发挥到最优效。
图10：12英寸晶圆切割1.03英寸正方形屏幕示意图
由于VR业内对视场角的要求是越宽越好，在光学上意味着屏越大越好，针对OLEDoS屏的最新讨论已开始集中于新一代更大尺寸的屏应该采用什么形态。目前受到关注最多的是1.3英寸的正方形屏幕，相对于1.03英寸，在同样的像素密度情况下，1.3英寸屏分辨率大约可以做到3230×3230，在12英寸晶圆上能够切割出的数量为82片。
图11：12英寸晶圆切割1.3英寸正方形屏幕示意图
1.3英寸正方形屏幕和之前的1.03英寸屏幕一样，并没有解决光学设计时的像差校正、16:9视频格式时屏幕利用率低下、成像区域内屏外面积浪费而导致的性价比低下等问题。
图12：1.03英寸方形屏幕16:9成像显示利用，1.3英寸可同比参考
多普光电提出的建议是：将屏由正方形做成正六边形，因为正六边形在切割时一样可以做到无缝拼接。
多普光电认为，正六边形屏可能是一个更为合适的屏幕形态。与正方形相比，在水平方向像素相等的情况下，1.3英寸屏的正方形的对角线长度为33mm，意味着在进行镜头的光学设计时要求对33mm的像高进行像差校正，而如果是正六边形的屏，在水平方向像素同样是3230的情况下，正六边形的最长顶点距离为27mm，意味着进行镜头的光学设计时只需要对27mm的像高进行像差校正，显著地减低了光学设计的像差校正的难度，更容易实现更宽的视场角、更高的像质和更低的镜头生产成本。多普光电经过对这一方案的光学设计模拟发现，1.3英寸的正六边形屏幕，在保证优秀像质和很低畸变的前提下，镜头可以实现105到115度的视场角；如果允许更大一点的畸变，视场角甚至可以达到135到140度。
图13：1.3英寸六边形屏幕成像显示利用
同时，在16：9的视频格式时的屏幕利用率也会变得更高。
图14：1.3英寸六边形屏幕16:9成像显示利用
更重要的一点是：1.3英寸正方形屏水平方向尺寸为23.35mm，将屏做成水平方向尺寸一样但形状为六边形，在同样的12英寸晶圆上相同的切割区域，正六边形的屏至少可以切割91片，足足比正方形的多了9片屏。这将是一个巨大的成本优势。
当然，多普光电也指出，由于对屏的切割工艺不太了解，将屏切割成正六边形是否能在工艺上实现，还得参考屏幕厂家给出的更为专业的意见。
图15：12英寸晶圆切割1.3英寸六边形屏幕示意图
文中介绍的多款VR光学镜头模组将会在法国的Laval Virtual上首次亮相。Laval Virtual活动创立于1999年，是欧洲历史最悠久和影响力最大的VR盛会之一。展会时间是2023年4月12日至16日，地点在Espace Mayenne, Laval–France，将对行业参观者（3天）和公众（5天）开放。多普光电展位设置在B展厅52号，欢迎各位莅临参观与指导。
