镜头贴膜,vr镜头 _这项镜头贴膜技术背后藏着让

萧箫发自凹非寺量子位 | 公众号 QbitAI
不知道你发现没有，越来越多的人开始买VR了。
但6年前被称作VR元年时，它留下的却是“重得像挂了4台手机在脸上，连20分钟视频都看不下去”的印象。
6年来，是年轻人接受了这个新世代设备？
不，是VR被一项趋势性技术带来了颠覆性体验变革。
这项技术你也正听得越来越多：“煎饼”——Pancake技术。

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它不仅频繁出现在苹果等一众巨头的最新产品预告中，成为前沿技术的代名词，也一度登上VR光学论文研究的热点话题。
Pancake魔力所在，解决的正是VR的“轻”挑战。
为什么VR“突然”就轻了？VR的重量减轻，并非一蹴而就的过程。
事实上，在2022年再次进入大众视野前，主宰VR重量的显示硬件，已经经历了数轮迭代。
显示硬件分为屏幕和光学镜头（光机）两部分。受限于VR设备体积，屏幕无法做得太大，于是改善VR视觉效果的“重任”就放在了光学镜头上。
光学镜头负责将屏幕显示的画面放大，以达到在VR眼镜中“身临其境”的效果。
最早VR设备普遍采用非球面透镜的方案，减轻了球面透镜（凸透镜、凹透镜等）产生的球面像差问题，即靠近边缘的平行光经过折射后，与光轴相交的点偏离焦点，出现画面模糊的情况。

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△图源维基百科
但非球面透镜太重了。最早的VR盒子用上它的时候，轻则七八百克，重则上千克，纵使画面清晰一些，戴上后也只会成为“颈椎杀手” 。
直到菲涅尔透镜的出现，给光学镜片来了一次重量“大卸货”，才让VR眼镜开始走向更轻薄的路线。它把一个透镜中不改变光路的部分全部挖掉，剩余的部分继续用于成像，一举成为目前主流的光学镜片方案。

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△图源维基百科
但菲涅尔透镜同样存在问题：镜头各处曲率不变，焦距无法进一步被压缩，整体仍然较重；同时由于曲面不连续，成像精度受限。
要想进一步提升成像质量、同时减轻镜片重量，必须另辟新路。这种情况下，Pancake折叠光路设计逐渐进入VR光学研究人员的视野。
之所以被称为“折叠光路”、“Pancake”，除了它能实现光路折叠，压缩VR设备体积以外，还因为它与Pancake煎饼有相似之处，即镜片更轻薄。
毫无疑问，Pancake光学方案正在成为全VR行业的趋势性技术，其中就包括最新发布的PICO 4 VR一体机。
发布一个月以来，PICO 4以轻薄性和性价比获得了不少好评，背后同样离不开对Pancake的软硬件一体吃透。
以PICO 4上的Pancake光学方案为例，与应用菲涅尔透镜的PICO Neo3相比，不仅前端主体重量降低了26.2%，厚度也减少了38.8% 。

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△Pancake光学方案vs菲涅尔透镜方案
Pancake光学方案实现折叠光路的原理，主要基于4种组件：线性偏振片（LP）、四分之一相位延迟片（QWP）、半反半透镜（BS）和反射偏振片（RP或PBS）。

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△图源《Holographic pancake optics for thin and lightweight optical see-through augmented reality》
其中，四分之一相位延迟片又叫四分之一波片，用于将圆偏振光通过四分之一相位延迟，变成线偏振光；反射偏振片用于透过和反射不同的线偏振光；半反半透镜又称分束镜，用于将入射光分成相等的两部分，50%反射，50%透射；线性偏振片则能起到一个过滤的作用，保证只有特定取向的偏振光才能穿透并进入到人眼中。

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