苹果推出MR,pancake优势在哪?

发布时间:2023-06-06 10:41:16
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        北京时间6月6日凌晨,苹果在本年度全球开发者大会(WWDC23)上推出苹果MR头戴设备Apple Vision Pro,引发全球市场瞩目。

        作为苹果革命性的终端产品,大批新技术方案会与其名为“RealityPro”的MR智能头显一起走红。

        根据一份疑似MR头显的供应链名单了解,RealityPro采用了pancake光学方案,占比整机总成本5%左右。

 

Pancake方案是什么

        Pancake方案主要源于其形状薄如“薄饼(pancake)”,通常代指小巧轻便的薄型透镜。方案主要利用偏振光原理,采用折叠光路设计,图像源进入半反半透功能的分束镜之后,光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振膜之间多次折返,终从反射式偏振膜射出进入人眼。

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        按照光路设计,VR光学存在垂直光路方案(非球面透镜、菲涅尔透镜)、折叠光路(Pancake方案、液晶偏振全息)、复合光路(多叠自由曲面、异构微透镜阵列)、特定光路(超表面/超透镜)这四类方案。目前菲涅尔透镜是多数VR头显选择的方案,但随着消费级市场的发展,体验更优的Pancake方案正成为头部企业的首选。

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Pancake方案有什么优点和缺点

        Pancake方案采用折叠光路设计,主要优势在于减重和变焦。具体来说,有三大优势:

1、舒适度高。

        Pancake模组厚度相对传统菲涅尔方案减少了一半,相应地,头显重量减轻50%以上,降低了对脸颊和眼眶的压迫,有效提升了使用舒适度,进而提升用户使用时长。

2、视觉体验好。

        通过透镜组合,提高了透镜边缘成像质量,降低图像畸变,提高成像对比度、清晰度和细腻度。传统菲涅尔透镜因为镜片本身镜片问题,边角会出现暗角、模糊和畸变。

3、近视用户可摘掉眼睛佩戴头盔。

        ancake方案为组合透镜,可以通过控制其中一片透镜进行屈光度调节,目前普遍支持的调节范围是0°-700°。而传统菲涅尔方案只能通过增加透镜实现。

Pancake方案组件和工艺

1、结构设计与组件

从光路上看,图像源进入半反半透功能的镜片BS(分束镜)之后,光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振膜之间多次折返,终从反射式偏振膜射出进入人眼。

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具体来看,主要部件包括:

         分束镜(Beam Splitter),它能方便的把入射光分离成反射光和透射光两部分。在Pancake方案中,分束镜主要用来做二次反射光线使用。分束镜可以用部分反射膜替代。

        偏光片(Polarizer),是一种能让自然光变为偏振光的化合物薄膜。自然光是由无数方向横振动合成的复杂混合光波,偏振光是具有某种规则地变化的光播。线偏振光是指只沿一个固定方向振动的光,圆偏正光是指偏振面相对于传播方向随时间以圆频率w旋转的光。

        反射式偏振膜(Reflective Polarizer),能够选择性的反射偏振光的一种偏光膜。Pancake方案利用了反射偏振膜的选择性反射和投射偏正光的特点,通过1/4相位延时片,改变了偏振光的状态,实现了光次到达反射偏振膜时被反射,第二次到达反射偏振膜时投射入眼。

1/4相位延时片(Quarter-Wave Plate),通常由塑料薄膜制成,透光性高,在正确的方向时,线偏振光以45度通过则变成圆偏正光、相位延迟1/4波长,同理,圆偏正光通过则变成线偏振光。

        此外,Pancake光学模组的入射光必须是圆偏振光,对显示屏有要求。目前Pancake光学模组搭配使用的屏幕分LCD屏和OLED屏。LCD屏发出的为线偏振光,需要在屏幕上增加一块1/4相位延时片将其转化为圆偏正光;OLED屏是自发光原理,其光线是非偏振光,需要在屏幕上增加偏振膜先转化为偏振光、再贴上1/4相位延时片转化为圆偏振光。针对光路多次折返的损失问题,需要搭配使用亮度更高的Mini-LED / Micro-OLED屏幕。


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