谁在爆炒VR头显Pancake超短焦光学方案？苹果、Meta、华为认可了吗？

知情郎·眼｜

侃透天下专利事儿

最近VR档口，有个技术概念很火。

它叫超短焦光学折叠光路（Pancake）方案，说能帮VR头显瘦身！

一直以来，VR头显体积大、笨重，导致用户消费者体验不佳。

最初，大家嘲讽带着VR头盔玩游戏，感觉脑袋上套了个西瓜皮，很滑稽！

传统头显都快覆盖半张脸了！确实二！

采用菲涅尔透镜作为光学方案的VR头显中，Meta Quest2的主机重量是503g，HTC Vive Focus3则趋近于800g，关键体积还挺大。

这其中，除了电池方面的问题外，最关键的就是成像镜头体积无法缩小，导致头显设备过重。

对此，Pancake光学方案称可以提供帮助VR设备大幅减少镜头体积。

这技术价值就显现了！

近段时间以来，华为、创维、松下等公司公布新一代Pancake产品，Meta、苹果的下一代旗舰产品亦将采用Pancake光学方案。

然后，一群机构行研、业内厂商高呼Pancake有望接力菲涅尔透镜成为未来主流VR光学方案。

知情郎的感触是，只有大厂认可的技术路线才能叫主流，Meta、苹果们认可了吗？要成品落地销量说话啊！

否则就是吹牛！

概念吹的满天飞，二级市场相关概念股一飞冲天。

专门来聊聊Pancake光学方案。

01什么是Pancake光学方案？

在VR 设备结构中，光学模组作为连接显示屏和人眼的重要桥梁，是最为关键的组件之一。

直接影响到最终的显示效果与使用体验。

Pancake 方案利用光的偏振特性，通过半透半反膜、反射偏振片等使光在光学模组中反射多次，达到“折叠”光学路径的目的，从而大幅降低 VR 头显重量及尺寸，提升用户的佩戴体验。

此外，Pancake 方案通过调整透镜组位置来直接调节屈光度，极大地方便了近视用户。

但受制于光学原理，光在 Pancake 模组中多次经过偏振、半反射等环节，每一环节损失约 50％光效，最终光效可能仅为显示器的 10％左右，因此需搭配亮度较高的显示屏。

同时尽管 Pancake 方案视场角理论上限较高，但目前可实现的视场角（90°左右）明显低于菲涅尔透镜方案（100°以上）。

从硬件技术角度分析，沉浸感包括多个维度的指标，包括单眼屏幕分辨率、视场角（FOV）、角分辨率（PPD）、可变焦显示和时延等。

视场角技术维度， Pancake 方案当下实现较差。

但随着技术的不断发展，折叠光路Pancake逐渐成为VR光学方案的新发展方向。

据外媒统计，事实上，早在2019年，3Glasses发布了Pancake方案VR眼镜、8月Meta 提交Pancake透镜型显示组件的有源对准”专利申请，并在日前由美国专利商标局公布。9月华为发布VR Glass也采用Pancake光学方案。

2020年，PICO也发布了Pancake方案的相关产品。

02VR 的光学技术方案有哪些？

VR光学按照光路设计可以分成垂直光路、折叠光路，复合光路以及特定光路四种方案。

垂直光路方案包括非球面透镜和菲涅尔透镜，一般采用单透镜设计，利用光的折射原理；

折叠光路方案利用光的折射、反射和偏振原理，通过折叠式光学元件实现更短的光路；

复合光路方案利用光的反射、折射等原理融合成像，可实现动态变焦；

特定光路所采用的元件超表面／超透镜，是由亚波长尺度单元构成的二维平面结构，能够实现对光路的任意调控。

03

VR设备光学方案的演进史：

非球面、菲涅尔再到Pancake

主流 VR 头显光学部件经历了非球面透镜、菲涅尔透镜和 Pancake 方案三个阶段。

整体而言，VR 光学方案向产品总量和体积更小、画面质量更高、舒适性更好的方向发展。

视觉质量、体积重量、视场角、光学效率与量产成本等关键指标的优化作为 VR 技术创新的主要动因，最优组合将会成为市场主流选择。

（1）非球面透镜凭借成本低、成像质量可控的优势为初期 VR 设备采用，如 3Glasses D1 和 Oculus Rift。但非球面透镜在色彩、畸变、厚度等方面的问题仍旧棘手，随着更先进的光学方案的迭代，非球面透镜正在逐渐淡出市场。

（2）目前主流的头显大多采用菲涅尔透镜，相较于非球面透镜，菲涅尔透镜在一定程度上降低镜片厚度、重量的同时能够基本满足 VR 设备的成像质量要求，并且具备成本较低、技术成熟、可大规模量产的优势，目前 Oculus Quest2、Pico Neo3 Link 等主流 VR 设备正在使用菲涅尔透镜。但随着 VR 设备在消费市场的渗透，成像质量较低且厚重的菲涅尔透镜已经不能满足用户的舒适性和沉浸感的高需求。

（3）折叠光路 Pancake 逐渐成为 VR 光学方案的发展方向。Pancake 方案以折叠光路为原理，使光学模组进一步轻薄化，大大降低了头显的质量和体积，并且具备成像质量好、画面畸变小、可调节屈光度等优点，大幅提升了用户的体验感和舒适度，目前 Meta、华为、松下、HTC、苹果等已经推出或即将推出采用 Pancake 方案的头显。

（4）此外，业界正逐步探索液晶、自由曲面、全息元件等前沿方案，有望进一步压缩光学模组的厚度和重量，为用户提供更好的沉浸体验。

2022年以来，Pancake 方案加速商用化进程，为多款 VR／MR 新品采用。

2022 年 1 月，松下子公司 Shfitall 发布了采用 Pancake 方案的超短焦 VR 头显 MeganeX。

2022 年 4 月，arpara 发布了采用 Pancake 方案的 VR 设备 Gaming Kit。

2022 年 7 月，创维 VR 发布的全新产品 PANCAKE1 也是采用 Pancake 方案的超短焦 VR 一体机。

据媒体报道，Meta 代号为 Projecet Cambria 的 Pancake 方案 VR 头显将于 2022 年 10 月的 Connect 大会上正式发布。

04偏光片在Pancake里的作用

具体看Pancake光学模组构成，主要包括面板、偏光片、分光片和1／4玻片等。

最重要的是偏光片，其次是高亮度屏幕（折叠光路方案光学效率差，必配Micro OLED／Micro LED等高亮度屏幕）。

偏光片的制作有技术门槛，它是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料，可被视作“光线稳定器”。

具体来看，折叠光路技术所采用的半透半反镜片会在折返过程中产生鬼影，需采用偏振片维持准确的偏振态消除影响，否则鬼影会降低画面对比度，影响用户体验。

然而，偏振片的关键材料偏振膜在材料、耐热性、精密加工等方面的技术门槛较高。

业内专家曾表示，Pancake光学的关键工艺在于光学膜，特别是反射式偏振膜，目前仅有3M、旭化成等海外公司产品可以使用，目前还这个环节还被海外所垄断。

最近在资本市场火热的本土偏振片企业三利谱表示，三利谱能提供偏光片技术解决方案，一类是偏光片在Pancake模组显示端的应用，一类是在近眼端的线偏侧贴合和QWP侧贴合。

Pancake 方案要求线偏振光要有比较高的偏振态以及透过率，更轻薄的方案则需要更低的双折射、更稳定的偏振态传。

三利谱表示，公司在偏光片行业深耕十余年，线偏振片可实现偏振度＞99％，透过率＞43％，以保证产生稳定的线偏振光；反射偏振片拥有高偏振对比度、低吸收、低散射等特点，可对偏振态进行精准选择。

三利谱最近二级市场走势妖的很！

05从专利维度看Pancake

以关键词超短焦光学折叠光路（Pancake）、 折叠光路等关键词检索，在德高行全球专利数据库中，有中国专利2238件，下为专利申请人排名：

申请人

专利数量

核心光电有限公司

97

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

47

苹果公司

29

华为技术有限公司

20

中山联合光电科技股份有限公司

17

三星电机株式会社

16

深圳纳德光学有限公司

16

高通股份有限公司

15

沂普光电（天津）有限公司

14

歌尔光学科技有限公司

13

中国科学院西安光学精密机械研究所

12

歌尔科技有限公司

11

皇家飞利浦电子股份有限公司

11

3M创新有限公司

10

看了下专利，折叠光路技术方案多用于摄像机镜头、手机镜头领域，用在VR头显的不多。

排第一的核心光电有限公司是一家以色列的公司。

最新公开的8个相关专利。

序号

标题

摘要

申请人

公开号

1

相机聚焦和稳定系统

各种实施方案包括具有音圈马达（VCM）致动器组件以提供自动对焦（AF）和／或光学图像稳定（OIS）移动的相机。VCM致动器组件被配置为三维地（例如，X、Y和Z）移动相机的图像传感器以提供AF和／或OIS移动。VCM致动器组件是非对称的并且包括至少部分开放侧，该至少部分开放侧允许相机的光学组件穿过VCM致动器的开放侧。在一些实施方案中，该光学组件是包括一个或多个棱镜和／或透镜的相机的折叠光学器件布置的一部分。

苹果公司

CN112805620B

2

替代同轴三反系统对高光谱成像分系统调试用光学系统

本发明涉及一种替代同轴三反系统对高光谱成像分系统调试用光学系统，其目的是解决在轨测试之前，现有技术尚无可代替前置物镜，对高光谱成像系统的后续各分系统进行测试的光学系统的技术问题。该系统包括物面a和像面b，及二者间沿光路依次设置的光阑、调焦镜、第一球面反射镜、第二球面反射镜、第三球面反射镜、第四球面反射镜和平面反射镜；调焦镜和第一球面反射镜与原同轴三反系统的调焦镜及其前一片球面反射镜的结构和参数一致；第二球面反射镜、第三球面反射镜和第四球面反射镜的光焦度符号相同，与平面反射镜形成折叠式离轴三反系统代替原同轴三反系统中的其余镜片；物面a位于原同轴三反系统的像面处，像面b模拟无穷远物体作为成像物面。

中国科学院西安光学精密机械研究所

CN113777766B

3

一种基于折叠超透镜组合的片上波长分束器

本发明提供了一种基于折叠超透镜组合的片上波长分束器，其包括位于波导层上的输入波导、折叠的超透镜组合和输出波导阵列，所述折叠的超透镜组合由N个单一超透镜以夹角θ依次旋转设置组合而成，N为不小于2的正整数。采用本发明的技术方案，利用折叠超透镜实现光束的连续转弯，放大透镜的色差效果；利用N级透镜的色差累积，在紧凑的片上尺寸内实现高分辨率的波长分束。该设计方案简单，器件尺寸小，波长分辨率高，有望用于成像、光学计算、片上光谱仪和其他应用中。

哈尔滨工业大学（深圳）

CN114924350A

4

一种用于光束整形及转折的胶合折叠棱镜及光学系统

本发明公开了一种用于光束整形及转折的胶合折叠棱镜及光学系统，所述胶合折叠棱镜包括：设置于同一入射面的第一入射棱镜、第二入射棱镜，以及第三入射棱镜，分别用于对入射光沿水平方向分割为三路，且在垂直于光轴平面方向重新排列为三路出射光；所述第一入射棱镜、第二入射棱镜，以及第三入射棱镜的出射面均设置有用于向同侧转折光路的反射棱柱；所述反射棱柱的出射面设置有引导出射光的出射棱柱，且出射棱柱的出射面为同一平面。本发明通过设计棱镜胶合布局，对矩形光斑的重新排列布局，从而调节了发散角与尺寸参数乘积。同时完成了光路的90度转折，减小了光学系统的体积。

中国科学院合肥物质科学研究院

CN114924421A

5

一种超短焦光学系统及投影设备

本发明涉及光学投影设备技术领域，尤其涉及一种超短焦光学系统及投影设备，包括沿成像光轴方向依次间隔设置的后群镜组、中群镜组、前群透镜及反射镜；前群透镜及中群镜组分别可沿预设路径移动，预设路径与成像光轴方向平行，反射镜具有沿成像光轴方向间隔设置的第一折射面及第一反射面。本发明中的反射镜可实现折射面加反射面的效果。由此，本发明中的光学系统由于具有更短的长度、更少的镜片个数以及更小的镜片口径，进而可以实现缩减体积以及重量的效果。同时还可以保证最终由成像光线形成的画面具有更高的成像质量。

沂普光电（天津）有限公司

CN114924457A

6

一种防滑落型折叠眼镜框架

本实用新型公开了一种防滑落型折叠眼镜框架，包括第一镜片框和第二镜片框，所述第一镜片框和第二镜片框之间为铰链连接，所述第一镜片框和第二镜片框上均设置有鼻托，所述第一镜片框和第二镜片框的外侧壁上均固定安装有连接块，两个所述连接块均铰链连接有第一镜腿，两个所述第一镜腿的一端侧壁上均开设有收纳槽，两个所述收纳槽内均设置有与其内壁滑动连接的第二镜腿，两个所述第二镜腿的顶部均开设有等距分布的多个配合槽。本实用新型能够对眼镜腿的整体长度进行调节，简单方便，减少了眼镜滑落的情况，同时能够将第二镜腿的主要部分收纳至第一镜腿的收纳槽内，易于进行折叠收纳，使用方便。

深圳市乐尚科技设计有限公司

CN217238543U

7

光学成像系统

光学成像系统包括光路折叠元件以及包括四个或更多个透镜的透镜组。透镜组中最靠近成像面设置的最后透镜具有正屈光力，并且最靠近最后透镜的物侧设置的后端透镜具有负屈光力。

三星电机株式会社

CN114911032A

8

用于折叠透镜的折光棱镜

本申请涉及用于折叠透镜的折光棱镜。本文公开了一种可用于折叠透镜系统中的光学折光棱镜，该光学折光棱镜由玻璃棱镜和玻璃透镜构成，玻璃透镜使用薄层的光学胶或通过光学接触件附接到棱镜的表面。玻璃透镜没有凸缘，并且因此该棱镜可小于具有相同透镜有效区域的常规折光棱镜中使用的棱镜，因此在与常规折光棱镜相比时，减小了折光棱镜的Z高度。光学玻璃可用于透镜，光学玻璃具有比由光学塑料提供的更高的折射率，这允许透镜比塑料透镜更薄。通过模制玻璃晶片以在晶片的第一表面上形成透镜形状来形成透镜，然后从第二表面研磨模制晶片以单切透镜。

苹果公司

CN110873953B

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