回看2022年發(fā)布的26款VR產(chǎn)品，Pancake折疊光路方案逐步成為主流。近段時間業(yè)內(nèi)頻頻傳出蘋果即將發(fā)布MR新品的信息，市場對蘋果MR的期待值越來越高。且根據(jù)其非官方渲染圖來看，蘋果MR大概率采用了Pancake折疊光路方案，為的是實現(xiàn)輕薄和舒適的佩戴體驗和更高質(zhì)量的成像效果。

XR要進(jìn)一步深入C端市場，近眼顯示系統(tǒng)是一個很關(guān)鍵的因素。隨著XR底層供應(yīng)鏈逐步發(fā)展，Pancake方案已進(jìn)入可穩(wěn)定生產(chǎn)的階段。但若要實現(xiàn)更高的清晰度和光學(xué)性能，進(jìn)一步解決畸變等光學(xué)缺陷問題，并降低工藝難度、物料成本以及硬件體積，需要各硬件廠商積極探索，尋求更好的平衡點。

在基于Pancake光學(xué)方案的VR光學(xué)鏡頭設(shè)計上，廣州市多普光電科技有限公司（以下簡稱多普光電）已經(jīng)取得了重大突破。多普光電是一家專業(yè)的從事創(chuàng)新光學(xué)設(shè)計的公司，在過去的兩年多的時間里，多普光電的光學(xué)設(shè)計團(tuán)隊潛心研發(fā)，終于開辟了一條獨特的道路。

傳統(tǒng)Pancake方式的光學(xué)系統(tǒng)多為多片透鏡與膜片的組合，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，在將這些光學(xué)器件組裝成鏡頭的過程中，容易產(chǎn)生一些光學(xué)上的缺陷，比如透鏡與透鏡之間的不同心、不同軸，從而導(dǎo)致成像質(zhì)量的下降。多普光電采用了全新的設(shè)計思路，將鏡頭的光學(xué)組合簡化為僅僅一組膠合透鏡，其優(yōu)勢在于能夠顯著地增加透鏡的加工精度、優(yōu)化生產(chǎn)成本以及提升裝配精度和效率。

除此之外，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)基于傳統(tǒng)Pancake方式的VR鏡頭幾乎都還存在著另一個明顯的光學(xué)缺陷，即存在較大的畸變，有的甚至達(dá)20%以上。多普光電的設(shè)計團(tuán)隊經(jīng)過大量的設(shè)計模擬、打樣和樣品測試，成功地找到了合適的透鏡材料，并搭配非球面式的光學(xué)設(shè)計，突破性地將Pancake方式的VR鏡頭的畸變都控制在2%以內(nèi)。這一獨特的設(shè)計方案成功地獲取了國家發(fā)明專利授權(quán)。

圖1：多普光電的新一代Pancake方案

鑒于業(yè)內(nèi)用于VR設(shè)備的微型高清顯示屏可選項不多，部分顯示屏型號仍未量產(chǎn)，以及Pancake方式對顯示屏亮度具有很高的要求（≥1500尼特），多普光電在設(shè)計鏡頭時，針對性的基于0.49英寸、0.71英寸和1.03英寸微型高清顯示屏做了適配。

除了基于Pancake方式的VR鏡頭，還有2款多片透鏡折射式成像的VR鏡頭。現(xiàn)階段，兩種不同成像方式的VR鏡頭有部分已經(jīng)可以量產(chǎn)供貨和小批量樣品供貨。目前已適配的顯示屏有：

 厚度僅10mm，重量10g
 多普光電推出 V2、P2、PW2系列VR鏡頭 

該屏是OLEDoS顯示屏，分辨率1920×1080，亮度1800尼特。目前有一些AR和VR設(shè)備采用了該屏幕。多普光電適配該屏幕的VR鏡頭有V2、P2和PW2三個型號，其中V2是五片折射式成像的鏡頭，P2和PW2是Pancake方式的鏡頭。
目前V2鏡頭應(yīng)用在了CINESOLO V2頭戴式顯示器上。CINESOLO是一個新晉VR頭戴式顯示器品牌。CINESOLO V2采用了V2鏡頭和SeeYa的 0.49英寸OLEDoS屏幕，主機(jī)重量小于110g，佩戴方便，極具便攜性，支持USB Type-C接口信號輸入，非常適合搭配具有DP協(xié)議信號輸出的移動終端產(chǎn)品使用。

圖2：VR頭戴式顯示器CINESOLO V2

P2是一款基于Pancake方式的VR鏡頭，具有尺寸小、厚度薄、重量輕、畸變極低（＜1.8%）等特點，搭配該屏幕時，雙鏡頭瞳距可小至46mm，比較適合兒童穿戴的VR類產(chǎn)品的應(yīng)用，以及槍瞄等特種產(chǎn)品的應(yīng)用。

圖3：Pancake方式的VR鏡頭，P2示意圖

PW2同樣是一款基于Pancake方式的VR鏡頭，也具有尺寸小、厚度?。ㄗ钚≈?0mm）、重量輕（10g左右）、畸變極低（＜2%）等特點，搭配0.49英寸屏幕時，F(xiàn)OV可達(dá)64度，比較適合應(yīng)用到觀影類VR產(chǎn)品，為此類產(chǎn)品帶來優(yōu)秀的輕量化和輕薄化的設(shè)計。

圖4：Pancake方式的VR鏡頭，PW2示意圖

 多片透鏡折射式成像，畸變小于1.5% 
 多普光電推出V1、P1、PW1系列VR鏡頭 

索尼的0.71英寸屏幕是目前市面上應(yīng)用較多的一款Micro OLED屏幕，分辨率為1920×1080，最高亮度為700尼特，常見于數(shù)碼相機(jī)的取景器和某些XR觀影類產(chǎn)品上。多普光電為適配該屏幕開發(fā)了V1鏡頭，它采用了多片透鏡折射式成像的方案。

CINESOLO V1是一款采用V1鏡頭的VR觀影類頭戴式顯示器。得益于索尼此款屏幕的信號接收模式LVDS，CINESOLO V1能夠?qū)崿F(xiàn)自帶投屏功能，高中低端的移動設(shè)備和PC設(shè)備只要能夠接入WiFi無線網(wǎng)絡(luò)，與CINESOLO V1處于同一個無線局域網(wǎng)，就能實現(xiàn)無線投屏。據(jù)了解索尼未來也將開發(fā)高亮度版本的0.71英寸屏。

圖5：VR頭戴式顯示器CINESOLO V1

視涯的0.72英寸屏是一款OLEDoS屏幕，分辨率為1920×1080，最高亮度為1800尼特，據(jù)廠家介紹，已經(jīng)可以向市場少量供貨。

針對高亮度0.71和0.72英寸屏幕，多普光電開發(fā)了P1和PW1兩款基于Pancake方式的VR鏡頭，其中P1將會定位為一款經(jīng)濟(jì)實惠的VR鏡頭，F(xiàn)OV可達(dá)58度，畸變可小于1.5%。PW1則具有更強(qiáng)的性能，更寬的FOV（可達(dá)72度）、更薄的厚度（小至12.5mm）、更輕的重量、畸變小于1.5%，適合應(yīng)用于加入輕度多傳感器的具有輕量化和輕薄化設(shè)計的VR一體機(jī)。

圖6：Pancake方式的VR鏡頭，P1示意圖

 FOV達(dá)95度，單眼分辨率2.5K
 多普光電推出P3、PW3系列VR鏡頭 

視涯的1.03英寸屏是一款正方形的OLEDoS顯示屏，超高分辨率2560×2560，最高亮度1800尼特，受到了廣大VR開發(fā)者的關(guān)注，多普光電為適配該屏幕開發(fā)了P3和PW3兩款基于Pancake方式的VR鏡頭。

其中P3定位為一款經(jīng)濟(jì)型的Pancake鏡頭，F(xiàn)OV為60度，畸變小于1.4%。

圖7：Pancake方式的VR鏡頭，P3示意圖

PW3定位為一款應(yīng)用于專業(yè)級的VR一體機(jī)的Pancake鏡頭，具有更寬的FOV（95度）、厚度?。?3.5mm）、重量輕、畸變小于1.8%等特點，為多功能專業(yè)級VR一體機(jī)帶來更加輕量化和輕薄化的設(shè)計。

多普公司開發(fā)的這一系列VR鏡頭，其中V1、V2已經(jīng)完成量產(chǎn)準(zhǔn)備，很快將可以批量供貨，P1、P2、P3已經(jīng)可以小批量出貨，PW2可以提供測試樣品。

目前，索尼 0.71英寸高亮度版本屏幕仍未面世，京東方0.71英寸和視涯0.72英寸還沒有量產(chǎn)，鑒于PW1鏡頭生產(chǎn)需要投入較大的模具開發(fā)費用，在屏幕無法正常供貨的情況下，暫時還不能向市場提供PW1鏡頭樣品。

關(guān)于適配視涯1.03英寸屏幕的PW3鏡頭，雖然該屏幕倍受大家關(guān)注，但由于其形狀為正方形，所以在光學(xué)設(shè)計上存在著一定的困難。多普光電認(rèn)為，由于該屏的邊長為18.5mm，在光學(xué)設(shè)計上要以1.03英寸（對角線26.2mm）作為基準(zhǔn)像高來校正像差，對鏡頭的設(shè)計參數(shù)提出了很高的要求，也導(dǎo)致后期的制造成本變高，然而在實際應(yīng)用時，鏡頭成像區(qū)域內(nèi)有相當(dāng)多的屏外面積沒有得到充分利用，如下圖所示：

圖8：1.03英寸方形屏幕和其成像顯示利用

當(dāng)用戶在觀影模式下（16:9視頻比例），實際像素為2560×1440，換算為屏幕的有效使用尺寸僅為0.85英寸，性價比較低，如下圖所示。當(dāng)前較多的VR產(chǎn)品中的大尺寸Fast-LCD采用了八邊形的屏幕形狀也是基于相似的原因。

圖9：1.03英寸方形屏幕16:9成像顯示利用

因此，多普光電暫時沒有做出PW3樣品。雖然如此，多普光電也提出了自己的關(guān)于屏幕的獨到見解：

通常情況下，一個12英寸的晶圓能夠切割120片1.03英寸正方形的屏幕。這是在有限的晶圓尺寸下發(fā)揮出屏幕的最大產(chǎn)出量。然而正方形屏幕在光學(xué)利用率上無法發(fā)揮到最優(yōu)效。

圖10：12英寸晶圓切割1.03英寸正方形屏幕示意圖

由于VR業(yè)內(nèi)對視場角的要求是越寬越好，在光學(xué)上意味著屏越大越好，針對OLEDoS屏的最新討論已開始集中于新一代更大尺寸的屏應(yīng)該采用什么形態(tài)。目前受到關(guān)注最多的是1.3英寸的正方形屏幕，相對于1.03英寸，在同樣的像素密度情況下，1.3英寸屏分辨率大約可以做到3230×3230，在12英寸晶圓上能夠切割出的數(shù)量為82片。

圖11：12英寸晶圓切割1.3英寸正方形屏幕示意圖

1.3英寸正方形屏幕和之前的1.03英寸屏幕一樣，并沒有解決光學(xué)設(shè)計時的像差校正、16:9視頻格式時屏幕利用率低下、成像區(qū)域內(nèi)屏外面積浪費而導(dǎo)致的性價比低下等問題。

圖12：1.03英寸方形屏幕16:9成像顯示利用，1.3英寸可同比參考

多普光電提出的建議是：將屏由正方形做成正六邊形，因為正六邊形在切割時一樣可以做到無縫拼接。

多普光電認(rèn)為，正六邊形屏可能是一個更為合適的屏幕形態(tài)。與正方形相比，在水平方向像素相等的情況下，1.3英寸屏的正方形的對角線長度為33mm，意味著在進(jìn)行鏡頭的光學(xué)設(shè)計時要求對33mm的像高進(jìn)行像差校正，而如果是正六邊形的屏，在水平方向像素同樣是3230的情況下，正六邊形的最長頂點距離為27mm，意味著進(jìn)行鏡頭的光學(xué)設(shè)計時只需要對27mm的像高進(jìn)行像差校正，顯著地減低了光學(xué)設(shè)計的像差校正的難度，更容易實現(xiàn)更寬的視場角、更高的像質(zhì)和更低的鏡頭生產(chǎn)成本。多普光電經(jīng)過對這一方案的光學(xué)設(shè)計模擬發(fā)現(xiàn)，1.3英寸的正六邊形屏幕，在保證優(yōu)秀像質(zhì)和很低畸變的前提下，鏡頭可以實現(xiàn)105到115度的視場角；如果允許更大一點的畸變，視場角甚至可以達(dá)到135到140度。

圖13：1.3英寸六邊形屏幕成像顯示利用

同時，在16：9的視頻格式時的屏幕利用率也會變得更高。

圖14：1.3英寸六邊形屏幕16:9成像顯示利用

更重要的一點是：1.3英寸正方形屏水平方向尺寸為23.35mm，將屏做成水平方向尺寸一樣但形狀為六邊形，在同樣的12英寸晶圓上相同的切割區(qū)域，正六邊形的屏至少可以切割91片，足足比正方形的多了9片屏。這將是一個巨大的成本優(yōu)勢。
當(dāng)然，多普光電也指出，由于對屏的切割工藝不太了解，將屏切割成正六邊形是否能在工藝上實現(xiàn)，還得參考屏幕廠家給出的更為專業(yè)的意見。

圖15：12英寸晶圓切割1.3英寸六邊形屏幕示意圖

文中介紹的多款VR光學(xué)鏡頭模組將會在法國的Laval Virtual上首次亮相。Laval Virtual活動創(chuàng)立于1999年，是歐洲歷史最悠久和影響力最大的VR盛會之一。展會時間是2023年4月12日至16日，地點在Espace Mayenne, Laval–France，將對行業(yè)參觀者（3天）和公眾（5天）開放。多普光電展位設(shè)置在B展廳52號，歡迎各位蒞臨參觀與指導(dǎo)。