全球知名的科技公司有不少已經(jīng)在布局VR的相關(guān)產(chǎn)品線，雖然在最近幾年中VR的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)相對低潮期，但其最終上升的趨勢是不可逆轉(zhuǎn)的?，F(xiàn)階段VR產(chǎn)品所面臨的問題在于，起初能夠以其高科技弄潮兒的標(biāo)簽吸引用戶，在體驗(yàn)之后卻被人遺忘在布滿灰塵的角落?？梢婓w驗(yàn)感無法達(dá)到預(yù)期是眾多用戶最終“棄劇”的直接原因。

VR產(chǎn)品的體驗(yàn)最直觀的當(dāng)屬視覺體驗(yàn)。視覺體驗(yàn)不佳的原因可能是內(nèi)容感覺過于粗糙、畫面不夠精細(xì)、太假以至于有一種“五毛特效”的感覺，還有就是顯示模組本身的缺陷，比如顆粒感、畫面畸變、紗窗效應(yīng)、上帝射線以及其他的亮斑、光暈和散雜光等，此外還有VR產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不符合人眼的構(gòu)造，例如對屈光不正的用戶穿戴不友好、沒有有效的瞳距調(diào)節(jié)等。

相比聽覺、觸覺、運(yùn)動操作等其他體驗(yàn)方面，視覺體驗(yàn)不佳很大程度上成為勸退眾多玩家的首要原因。俗話說得好，眼睛是心靈的窗戶，眼疲勞了，一切白搭，不能使眼睛感到愉悅的VR產(chǎn)品肯定不是合格的VR產(chǎn)品。本文對VR產(chǎn)品中的光學(xué)顯示模組部分進(jìn)行簡要的分析，討論一個(gè)好的光學(xué)設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)健康舒適的VR觀看視覺體驗(yàn)。

VR顯示的本質(zhì)是通過光學(xué)系統(tǒng)將屏幕放大并投射到人眼中，人眼所看到的其實(shí)是屏幕的虛像如同電影院巨幕一樣，從而營造一種虛擬的沉浸感。因而VR產(chǎn)品的視覺舒適度與屏幕和光學(xué)系統(tǒng)兩者有直接的關(guān)系。

圖1，VR的簡要光學(xué)原理（圖源：多普光電）

影響視覺體驗(yàn)舒適度的因素主要有以下三個(gè)：

1、畫面畸變

圖2，光學(xué)成像畸變①（圖源：多普光電）

2、視場角、屏幕和分辨率

圖3，視場角和分辨率需求（圖源：多普光電）

3、人眼適配（瞳距和屈光度調(diào)節(jié)）

圖4，（上）瞳距調(diào)節(jié)使雙眼視覺圖像重疊及（下）屈光度調(diào)節(jié)以看清圖像（圖源：多普光電）

一、畸變

畸變是光學(xué)系統(tǒng)（以下簡稱鏡頭或光學(xué)鏡頭）像差的一種，也稱為失真，常見的有桶形畸變（Barrel Distortion）和枕形畸變（Pincushion Distortion）?；兪呛凸鈱W(xué)鏡頭固有特性有關(guān)的，無法被完全消除，只能改善。

 圖5，光學(xué)成像畸變示意圖（圖源：多普光電）

為了使廣大讀者尤其是一些非專業(yè)性讀者明白畸變在VR中的表現(xiàn)是什么樣子，我們做一個(gè)簡單的對比試驗(yàn)。使用最簡單的VR光學(xué)架構(gòu)，這種光學(xué)架構(gòu)通常僅包含一片透鏡，最多兩片，目前正在被大多數(shù)VR產(chǎn)品所使用著。簡單光學(xué)架構(gòu)的意思不在于透鏡數(shù)量而在于對光行進(jìn)路線的處理。如以下各圖所示，我們用手機(jī)做屏幕，分別用一片薄菲涅爾透鏡、一片研磨凸透鏡、一片模壓凸透鏡對屏幕進(jìn)行放大，然后觀看其放大后的效果。

圖6，手機(jī)屏幕上顯示的一張照片（圖源：多普光電）

圖7，薄菲涅爾透鏡（圖源：多普光電）

圖8，薄菲涅爾透鏡放大后的圖像（圖源：多普光電）

 圖9，研磨凸透鏡放大后的圖像（圖源：多普光電）

圖10，模壓凸透鏡放大后的圖像，存在畸變、色差和扭曲（圖源：多普光電）

由以上對比可看出，經(jīng)過簡單光學(xué)架構(gòu)（只含一片透鏡）放大后的圖像都是存在畸變的，而且圖像邊緣還存在色差（明顯的藍(lán)邊黃邊，色差和畸變一樣，同屬像差的一種）。此外，所用透鏡的品質(zhì)決定了成像的品質(zhì)，而透鏡的品質(zhì)與設(shè)計(jì)、制造和精度息息相關(guān)（以上試驗(yàn)對比不作為研磨和模壓兩種工藝優(yōu)劣的評判，上圖10所示的圖像扭曲可能與透鏡制造的工藝水平和精度有關(guān)）。

接下來，我們使用相對復(fù)雜一點(diǎn)的光學(xué)架構(gòu)，比如膠合透鏡（兩片透鏡組成）來再次測試。

圖11，研磨凸透鏡放大后的圖像，注意紅圈處分割線在屏幕上肉眼看是豎直和白色的，經(jīng)單透鏡放大后畸變彎曲和有顯著的邊緣色差（圖源：多普光電）

圖12，采用膠合透鏡放大后的圖像，畸變已有改善但還是較為明顯，色差已有顯著改善（圖源：多普光電）

由以上試驗(yàn)可看出，采用單透鏡其成像會有色差和畸變，采用膠合雙透鏡消除了色差，但并無有效地改善畸變。

采用簡單光學(xué)架構(gòu)，固然可以減少硬件上的成本，但卻是以犧牲成像質(zhì)量作為代價(jià)的。為了使VR產(chǎn)品更加輕薄，鏡頭的焦距也在往更短的方向發(fā)展。在短焦情況下繼續(xù)采用這類光學(xué)架構(gòu)，畸變更是突出。短焦鏡頭的使用已然成為VR產(chǎn)品必然的發(fā)展趨勢，它能顯著減少VR產(chǎn)品的體積，但畸變是短焦鏡頭非常難以消除的技術(shù)痛點(diǎn)。畸變不會影響成像的清晰度，但卻因?yàn)槌上裥螤钆c實(shí)際形狀有明顯差別而嚴(yán)重影響視覺觀感。

如何削弱畸變對視覺體驗(yàn)的影響？方法一般有軟和硬兩種處理方法。軟處理方法是改變輸入到屏幕端的內(nèi)容的畸變，比如，一般凸透鏡放大會產(chǎn)生顯著的枕形畸變，那么就需要對內(nèi)容做反向補(bǔ)償處理即把內(nèi)容做成桶形畸變，然后通過透鏡放大，兩者相互抵消以達(dá)到改善畸變的目的。

圖13，經(jīng)過簡單的軟處理后的視頻內(nèi)容，桶形畸變，單屏幕分屏（圖源：多普光電）

由于不同廠商的VR產(chǎn)品其鏡頭的畸變量是不同的，內(nèi)容提供商很難針對不同的畸變量去逐個(gè)對內(nèi)容進(jìn)行反向補(bǔ)償處理以適配。對鏡頭畸變參數(shù)的精確測量是進(jìn)行內(nèi)容處理的基礎(chǔ)。對于有實(shí)力的企業(yè)，如一些大資本企業(yè)和頭部企業(yè)，能夠特別地針對自家的光學(xué)畸變參數(shù)對內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)償，比如Oculus SDK就有專門的Distortion Mesh內(nèi)容渲染開發(fā)指南。

對于缺乏相關(guān)光學(xué)人才的公司或者在光學(xué)方面經(jīng)驗(yàn)不足的公司，因無法獲得準(zhǔn)確的光學(xué)鏡頭參數(shù)而無法做到精確的內(nèi)容補(bǔ)償，從而導(dǎo)致視覺體驗(yàn)始終無法優(yōu)化到位。由此可見，雖然采用簡單光學(xué)架構(gòu)的透鏡方案能減少硬件成本，但卻無形中增加了后端內(nèi)容開發(fā)的成本。

圖14，Oculus Rift SDK為客戶端畸變提供的長寬比為1的網(wǎng)格之一（圖源：多普光電）

硬處理方法是指通過光學(xué)設(shè)計(jì)減小成像畸變甚至達(dá)到無畸變。對于折射式光學(xué)方案，需要多個(gè)透鏡組合來減小畸變，例如相機(jī)鏡頭就是典型的利用多透鏡組合來減小畸變；也可采用折疊光路方案通過減少折射權(quán)重增加反射權(quán)重來減少畸變。硬處理方法無疑是更優(yōu)的、可靠的但技術(shù)門檻較高的方法，沒有過硬的光學(xué)設(shè)計(jì)能力和鏡頭制造技術(shù)是很難做到的。

圖15，采用了多透鏡組合式光學(xué)架構(gòu)的無畸變鏡頭的投影效果（圖源：多普光電）

雖然較明顯的畫面畸變（這些畸變沒有處理好或沒辦法優(yōu)化到位）對VR使用者是否會造成視力損害，目前暫時(shí)沒有權(quán)威機(jī)構(gòu)給出明確結(jié)論，但對于VR產(chǎn)品這種穿戴時(shí)離眼睛非常近的產(chǎn)品而言，由畸變造成的不舒適觀看體驗(yàn)與視覺疲勞則是顯而易見的。

圖16，視覺疲勞（圖源：多普光電）

廣州市多普光電科技有限公司是一家光學(xué)設(shè)計(jì)與方案提供商，專業(yè)從事成像光學(xué)的設(shè)計(jì)和方案提供，在高清成像和投影光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域富有經(jīng)驗(yàn)，最近已經(jīng)成功研發(fā)出兩款應(yīng)用到VR頭戴式顯示器超短焦光學(xué)鏡頭，分別采用折射式光學(xué)方案和Pancake折疊光路光學(xué)方案，顯著降低了光學(xué)畸變水平。

其中基于折射式光學(xué)方案的光學(xué)鏡頭，采用了多片透鏡光學(xué)架構(gòu)，含兩片非球面高精度研磨透鏡，畸變控制在0.8%以內(nèi)，從觀感上幾乎實(shí)現(xiàn)無畸變?；谡郫B光路方案的光學(xué)鏡頭，僅僅為一片透鏡，畸變控制在1.4%。

圖17，上為0.8%畸變的圖像模擬圖（左）和網(wǎng)格畸變圖（右），下為1.4%畸變的圖像模擬圖（左）和網(wǎng)格畸變圖（右）（圖源：多普光電）

二、視場角、屏幕與分辨率

在VR發(fā)展的早期階段，曾流行過一種VR盒子，盒子內(nèi)裝兩片薄透鏡，將手機(jī)卡在盒子中間充當(dāng)屏幕。在手機(jī)屏幕的分辨率不是太高的情況下，顯示的內(nèi)容又只能局限在同一屏幕分隔開的兩個(gè)很小的區(qū)域，這類產(chǎn)品往往具有畫面畸變、邊界模糊、顯著的顆粒感、紗窗效應(yīng)和視場角小等缺點(diǎn)，視覺體驗(yàn)不甚理想。同時(shí)，因手機(jī)在最前端且光學(xué)焦距長，依據(jù)杠桿原理，在穿戴時(shí)可感受到明顯的壓迫感。

圖18，VR盒子和其視覺效果（圖源：多普光電）

改善穿戴和視覺體驗(yàn)可以選擇采用小屏幕和短焦距光學(xué)鏡頭。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，屏幕越做越小，分辨率越來越高?，F(xiàn)如今單個(gè)0.71英寸的Micro OLED屏也能完全支持2K甚至更高達(dá)4K的分辨率。屏幕分辨率的提升有效地弱化了紗窗效應(yīng)和顆粒感。緊湊的尺寸和高度集成的電子系統(tǒng)可以減輕重量和更加均勻地分布重量。

圖19，高分辨率微型OLED顯示屏（圖源：多普光電）

在上一節(jié)“畸變”中提到，VR顯示的本質(zhì)是通過光學(xué)系統(tǒng)將屏幕放大并投射到人眼中，人眼所看到的其實(shí)是屏幕的虛像如同巨幕電影一樣，營造出一種沉浸感。

人類雙眼的水平視場角略大于200度，垂直視場角約130度。在60~90度范圍內(nèi)人眼肌肉不必特別緊繃就能輕松地分辨物體，當(dāng)物體位置超出該角度范圍，需要費(fèi)力轉(zhuǎn)動眼球甚至扭頭去看，一段時(shí)間后容易疲勞。

圖20，人類裸眼視場角（圖源：多普光電）

除了裸眼視場角，VR產(chǎn)品的視場角與其搭配的屏幕有關(guān)。簡言之，在給定焦距的情況下，屏幕越大，能提供的有效視場角則越寬，反之越窄。當(dāng)然，選擇怎樣的屏幕需要綜合考慮與光學(xué)鏡頭的匹配、體積、分辨率、刷新率、成本等因素。

圖21，視場角與屏幕大?。▓D源：多普光電）

經(jīng)過光學(xué)鏡頭放大后，視場角與屏幕之間的關(guān)系是怎樣影響視覺體驗(yàn)的？視場角窄意味著看到的影像小，對分辨率的要求低，反之則高。對于VR產(chǎn)品的屏幕而言，視場角在50度以下時(shí)，要求屏幕分辨率達(dá)720p（1K）可滿足正常觀看體驗(yàn)；視場角在50到70度時(shí)，屏幕分辨率在1080p（2K）就可以有不錯(cuò)的觀看體驗(yàn)。

隨著視場角變得更寬，對屏幕分辨率要求越高。當(dāng)視場角增加到90度，分辨率至少需要達(dá)到2160p（4K），才能保證較好的觀看體驗(yàn)；當(dāng)視場角達(dá)120度以上，屏幕分辨率要達(dá)到4320p（8K）甚至（12K）才能滿足基本的觀看要求。之所以有這些要求，是因?yàn)橐ＷC視網(wǎng)膜顯示效果，業(yè)內(nèi)一般是要求至少達(dá)到57ppd。

圖22，視場角與屏幕分辨率要求（圖源：多普光電）

視場角越寬，沉浸感越強(qiáng)。然而，有的廠商一味地宣傳其視場角很寬是不完全正確的，因?yàn)閷捯晥鼋潜仨氁蠛芨叩钠聊环直媛省？墒?，能夠在整個(gè)寬視場角范圍都保有一致均勻的、真正符合人眼觀看需求的高清晰度分布的技術(shù)，暫時(shí)還沒有應(yīng)用。

不過，利用眼球追蹤技術(shù)來實(shí)現(xiàn)局部的窄視場角范圍的內(nèi)容優(yōu)化，動態(tài)實(shí)時(shí)地調(diào)整人眼所見之處的局部高清和其他區(qū)域的非高清，確實(shí)是一種在計(jì)算力無法滿足巨量內(nèi)容處理的情況下的妥協(xié)辦法。但對于整塊屏幕而言，其本身的分辨率分布是高度一致的，從這點(diǎn)而言，屏幕的分辨率資源是浪費(fèi)了。分辨率的降低反過來又導(dǎo)致了視覺體驗(yàn)上的一些缺陷。

圖23，nVidia Multi-res Shading渲染示意圖，邊緣的部分像素密度較低，中心較高，可提升渲染性能（圖源：多普光電）

我們舉一個(gè)普通的例子，很形象地闡述了視場角、屏幕和分辨率的之間的關(guān)系。在日常生活中的某一天，我們與家人、朋友一起想要看某個(gè)IMAX巨幕電影而在網(wǎng)上訂票的時(shí)候，中后排位置的票是不是很搶手，而前排的票幾乎無人問津？這是一個(gè)大腦很自然的選擇，因?yàn)橹泻笈庞泻线m的觀影距離，有舒適的視覺體驗(yàn)視場角，人眼肌肉不緊張，不易疲勞，換言之就是能滿足人眼基本生理需求。雖然目前VR行業(yè)內(nèi)還無法做到類似《頭號玩家》那樣的全高清全包圍沉浸感，但我們在設(shè)計(jì)VR產(chǎn)品時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循物理規(guī)則，充分考慮合適的視場角與屏幕分辨率匹配，盡量設(shè)計(jì)出一款使眼睛愉悅的VR設(shè)備。

圖24，IMAX巨幕影院選座（圖源：多普光電）

三、人眼適配（瞳距和屈光度調(diào)節(jié)）

前面講到，不少消費(fèi)者在首次購買VR產(chǎn)品的時(shí)候覺得這東西好有科技感、很新潮，然而在使用了幾次之后便將其打入冷宮。造成這種結(jié)果的原因，除了內(nèi)容不夠豐富、視覺體驗(yàn)不夠舒適，還有一些隱形的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。這些風(fēng)險(xiǎn)剛開始不容易發(fā)現(xiàn)，但時(shí)間長了會比較顯著。

舉個(gè)例子，顯微鏡是大家眾所周知的一種光學(xué)觀察儀器。它將微小的物體通過光學(xué)系統(tǒng)放大后被人眼所識別。使用時(shí)人眼離顯微鏡的目鏡很近，觀看光學(xué)顯微成像時(shí)感覺圖像近在咫尺、細(xì)節(jié)歷歷可辨（這其實(shí)也是一種沉浸感），但是長時(shí)間使用光學(xué)顯微鏡是很容易引起視覺疲勞的。

圖25，顯微鏡及其成像（圖源：多普光電）

顯微鏡之所以會拿來和VR做類比，是因?yàn)閮烧叽_有相近之處。VR是通過光學(xué)系統(tǒng)將屏幕放大并投射到人眼中，在設(shè)備工作時(shí)，人眼離光學(xué)系統(tǒng)也很近。人們在穿戴VR產(chǎn)品時(shí)，眼睛的舒適度是很重要的評價(jià)。影響舒適度的因素除了之前介紹的視場角、圖像清晰度、畸變外，還有VR光學(xué)成像的遠(yuǎn)近和能否適配不同人眼的生理結(jié)構(gòu)（主要是瞳距和屈光不正）。

成像的遠(yuǎn)近是如何影響眼睛舒適度及導(dǎo)致一些健康風(fēng)險(xiǎn)的？此處引入一個(gè)概念“明視距離”。人眼看太遠(yuǎn)和太近的物體時(shí)，眼球都要進(jìn)行調(diào)節(jié)，即改變眼球的突起程度，但有一個(gè)距離恰能使眼睛不用調(diào)節(jié)就能看清楚，這個(gè)距離叫明視距離。也就是說眼睛看處在明視距離位置的物體感覺上是非常自然舒服的。適合正常人眼觀察近處較小物體的距離，約為25cm。

在一定的視場角范圍內(nèi)，人的眼睛看不同距離的物體時(shí)，會根據(jù)物體的距離來調(diào)整眼球的狀態(tài)（含視線方向和凸起程度）。當(dāng)某物體突然出現(xiàn)在人面前時(shí)，初始肉眼是無法看清這個(gè)物體的，如需要清楚地分辨該物體，需要將眼球從自然狀態(tài)調(diào)整到對焦工作狀態(tài)，也就是常說的“定眼一看”。當(dāng)物體由遠(yuǎn)至近緩慢地靠近人眼時(shí)，若要實(shí)時(shí)動態(tài)地看清該物體，人的雙眼則會根據(jù)物體移動速度調(diào)整，視線逐漸向中間靠攏，達(dá)到雙眼視線極限的角度（視場夾角α逐漸增大到極限）位置形成“斗雞眼”。在此過程中，人眼肌肉是由放松狀態(tài)逐漸變得收縮緊繃，當(dāng)物體離人眼的距離小于明視距離，人眼肌肉將處于一種過度收縮或緊繃的狀態(tài)，很容易出現(xiàn)視疲勞，久而久之很可能引發(fā)近視。

在VR產(chǎn)品中，物體就是屏幕經(jīng)過光學(xué)鏡頭放大后的虛像，像的位置給人的感覺不能太近，寧遠(yuǎn)勿近，否則同樣會對眼睛造成壓迫感從而帶來健康隱患。到此，顯微鏡之所以容易引起視疲勞的直接原因就清楚了，因?yàn)樗南窬喔杏X太近了。目前市場上大多數(shù)VR產(chǎn)品采用了折射式光學(xué)成像方案，即采用一片菲涅爾透鏡，其焦距相對于多透鏡組合的折射式成像與Pancake折疊光路成像方案要長，像距短，屏幕虛像的位置感覺更靠近人眼，因此這類VR產(chǎn)品穿戴的時(shí)候比較容易感到視疲勞，尤其是當(dāng)穿戴一段時(shí)間之后摘下時(shí)，很容易發(fā)生眩暈。

圖26，不同距離物體的視覺感受（圖源：多普光電）

人的雙眼觀看物體會有一個(gè)視場夾角α，要看得舒服，這個(gè)夾角是有一定范圍的，不能太大。當(dāng)眼睛沒有特別關(guān)注東西的時(shí)候，雙眼處于自然放狀態(tài)下，左眼光軸和右眼光軸可看成是近乎平行的。當(dāng)需要觀察某物時(shí)，兩個(gè)眼球從自然狀態(tài)對稱地向視場的中心靠攏，以使得左眼光軸和右眼光軸都指向中心區(qū)，此時(shí)左右雙眼形成視場夾角α，大腦會將雙眼所獲得的像進(jìn)行重疊，從而獲得一個(gè)清晰的視覺。這個(gè)視場夾角α與物體到眼睛的距離（在VR中，物體是指屏幕虛像，距離為虛擬距離），以及雙眼瞳距有直接關(guān)系。

在一個(gè)VR產(chǎn)品中，有的采用一個(gè)大屏幕，通過軟件將其切割成兩個(gè)小屏幕,有的采用兩個(gè)獨(dú)立的屏幕，然后有兩個(gè)光學(xué)鏡頭與之配套，組成VR的光學(xué)顯示模組。下面將分析這兩種屏幕方案對于不同的瞳距有什么影響。

①一個(gè)大屏幕切割成兩小屏幕

很明顯，兩個(gè)小屏幕的中心間距是無法改變的。在VR產(chǎn)品沒有瞳距調(diào)節(jié)功能的情況下（所謂的通過軟件調(diào)節(jié)不算，無法根治視覺舒適度問題），當(dāng)瞳距不匹配的時(shí)候，將導(dǎo)致無法看到重疊的像或完整的像。

 圖27（圖源：多普光電）

當(dāng)增加瞳距調(diào)節(jié)功能時(shí)，只能調(diào)整透鏡中心間距，由于屏幕固定，調(diào)整透鏡中心間距意味著透鏡中心與屏幕中心不在同一軸線上，成像發(fā)生誤差，同樣會導(dǎo)致無法看到重疊的像或完整的像，需要大腦強(qiáng)行對屏幕虛像進(jìn)行重疊處理，易感到視覺疲勞和眩暈。

圖28（圖源：多普光電）

②兩個(gè)獨(dú)立屏幕

只有當(dāng)屏幕與透鏡做成一個(gè)整體，即VR的光學(xué)顯示模組，此時(shí)屏幕中心與透鏡中心可同軸，那么左右兩個(gè)模組就可以調(diào)整間距以匹配瞳距參數(shù)。但是僅有左右平移是不夠的，因?yàn)樵趯?shí)質(zhì)上像中心并沒有重合。為了使像中心重合，左右雙眼的眼球會稍微向外側(cè)移動，各自的像中心則會向內(nèi)側(cè)移動直到重合，此時(shí)眼球肌肉是有所緊繃的。

圖29（圖源：多普光電）

眩暈感很大程度來自于非自然的眼球聚焦后的視場夾角。在理想情況下，人眼光軸的視場夾角α與左右屏幕中心軸夾角β應(yīng)高度重合，即認(rèn)為是在一個(gè)自然狀態(tài)下的對焦，眼球感到輕松，肌肉相對來說不會那么緊繃，大腦可自然而然地將兩個(gè)像完全重疊，如此可消除眩暈感。也就是說我們可以試著對屏幕的方向做一個(gè)細(xì)微調(diào)整，使左右屏幕不是平行排列而是有一個(gè)預(yù)設(shè)夾角。

圖30（圖源：多普光電）

采用兩個(gè)獨(dú)立屏幕的VR產(chǎn)品，相比較于采用一個(gè)大屏幕的VR產(chǎn)品，在增添基于以上思路的瞳距調(diào)節(jié)功能后，其視覺舒適度要好得多。

圖31（圖源：多普光電）

VR產(chǎn)品的瞳距調(diào)節(jié)，人眼光軸與透鏡屏幕中心軸高度重合，像中心重合，為方便演示做了特殊夸張?zhí)幚?，?shí)際像距應(yīng)該在很遠(yuǎn)的距離。

眼睛的屈光不正通常表現(xiàn)為近視或遠(yuǎn)視。當(dāng)眼睛在放松狀態(tài)下，平行光線經(jīng)過晶狀體進(jìn)入眼內(nèi)聚焦在視網(wǎng)膜之前，導(dǎo)致視網(wǎng)膜上無法形成清晰的像，稱為近視眼。反之，聚焦在視網(wǎng)膜后的，稱為遠(yuǎn)視眼。市場上有大部分VR產(chǎn)品不帶屈光調(diào)節(jié)功能，但卻配備了一些配件以方便戴眼鏡的用戶。受限于屏幕與光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)，戴上眼鏡再穿戴VR產(chǎn)品，這樣的體驗(yàn)一定會打折扣。

由于聚焦位置的不同，近視眼和遠(yuǎn)視眼的眼球焦距是不一樣的，同樣為近視，當(dāng)雙眼度數(shù)相差較大時(shí)，其眼球焦距亦有顯著不同。設(shè)計(jì)一款VR產(chǎn)品其光學(xué)鏡頭能對不同用戶眼睛的屈光不正程度進(jìn)行調(diào)焦適配。然而，調(diào)整光學(xué)鏡頭的焦距意味著屏幕成像的位置也發(fā)生了變化。成像位置的變化就意味著光軸夾角α的變化。如下圖所示，當(dāng)雙眼視力不同時(shí)，α1和α2的頂點(diǎn)不一定重合，即α不對稱。此時(shí)為了看到重疊的清晰的像，用戶的左右雙眼形成視場夾角α相對于初始值被迫發(fā)生改變，非自然狀態(tài)的和不合理的α會使得雙眼將處于收縮或者緊繃狀態(tài)，長時(shí)間將會產(chǎn)生視疲勞。

圖32，屏幕像的遠(yuǎn)近及左右眼視場夾角（圖源：多普光電）

如果，在調(diào)焦過程中能保持視場夾角α與初始值高度一致，即α1和α2中心對稱，就能獲取盡可能接近自然狀態(tài)的對焦，而非迫使眼球?qū)?，這對于提升視覺體驗(yàn)舒適度同樣是十分重要的。

圖33，同軸對稱式屈光度調(diào)節(jié)（圖源：多普光電）

要獲得健康舒適的VR觀看視覺體驗(yàn)，不是一件簡單的事情，需要在多個(gè)方面進(jìn)行綜合的考量以取得平衡。如今，多普光電（Toplite）開發(fā)了兩款超短焦的VR光學(xué)鏡頭，分別采用折射式光路和Pancake折疊光路方案。其中折射式光路方案采用了四透鏡組合的光學(xué)架構(gòu)，內(nèi)含兩片非球面精密研磨透鏡，成像畸變低至0.8%，鏡頭重量僅29g；Pancake折疊光路方案的光學(xué)鏡頭僅是一片透鏡，畸變低至1.4%，相比傳統(tǒng)的至少需要2片透鏡才能實(shí)現(xiàn)的折疊光路方案，結(jié)構(gòu)更簡單、焦距更短（僅為14mm）、重量更輕。兩者從視覺體驗(yàn)上幾乎感受不到畸變。

多普光電還提出了同軸對稱式的瞳距調(diào)節(jié)和屈光度調(diào)節(jié)方法，采用以上方法的VR光機(jī)也同時(shí)推向市場，用于研發(fā)VR終端產(chǎn)品。VR光機(jī)匹配0.71英寸的高分辨率Mirco OLED顯示屏，有效視場角分別為68度和120度，體積小重量輕。

基于創(chuàng)新光學(xué)設(shè)計(jì)的光學(xué)鏡頭為VR終端產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了全新的解決方案與思路，幫助實(shí)現(xiàn)更加健康舒適的VR視覺體驗(yàn)。（更多光學(xué)設(shè)計(jì)敬請關(guān)注“多普微光學(xué)設(shè)計(jì)”）

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