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）。
△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。
从图中来看，Pancake光学方案实现折叠光路的关键，在于利用偏振分光膜和分束器对不同偏振光的"选择性透射"原理，实现光路的折叠与压缩。
Pancake技术和生产难点：
其一，容易产生寄生反射（Parasitic reflectio，透明物体底部表面产生的不必要的反射）。多余的光线在透镜中反复折返，可能会产生鬼影或眩光，进而降低图像质量。
其二，光损高导致亮度低。由于光线每次经过半透半反膜，会损失50%的光强，因此Pancake理论最高光学效率在25%，这样对显示器和工艺精度的要求更高。
其三，视场角（FOV）较小。Pancake方案随着镜片增多，理论上能实现的视场角更加有限，这也与设备轻薄相悖。
其四，成本高、良率提升难。据中信证券调研，光学膜是Pancake方案的核心成本项目，合计占比在70%左右，其中尤以反射式偏振膜成本占比最高。
为了解决这些研发难题，目前有几种不同的Pancake折叠光路设计的技术实现，包括单片（1p）、两片（2p）和多片式。
虽然核心都是基于偏振光的原理、用上面4种组件打出"组合拳"，但这几种方案的优缺点并不一样。
目前，最主流的Pancake方案是双片式。在清晰度较高、厚度较薄的情况下，也能将成本控制在一个较低的范围内。
此次PICO 4此次采用的是单片式Pancake光学方案，基于单个镜片+贴膜的方式实现折叠光路。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%。
如下图，灰色的膜代表偏振片，粉色的膜代表四分之一波片，橙色的膜代表反射偏振片，分别贴在单个镜片和屏幕上：
其中，屏幕上贴着的偏振片和四分之一波片分别用于将入射光转变成线偏振光和圆偏振光；
镜片上贴着的四分之一波片、反射偏振片和偏振片，则分别用于产生不同的偏振光、透射或反射不同的偏振光、过滤杂光确保线偏振光出射等。
相比双片式和多片式等方案，单片式更容易在重影、光损和视场角等Pancake光学方案的"天然瓶颈"中取得突破。
然而与之相对，面对双片和多片式在清晰度和总厚度方面取得的优势，单片式Pancake光学方案也必须想办法做出改变。
从整体方案来看，PICO 4采用了"扬长""补短"两种方式，去进一步扩大单片式Pancake光学方案带来的优势，并想办法改善了厚度等问题。
一方面是扬长，尽可能将单片式Pancake光学方案的自身优势发挥出来，包括更大的视场角（105°）、更高的MTF值等。
△PICO 4（左）比PICO Neo3（右）视场角更大
MTF（模量传递函数），用于评估镜头明锐度的数值，能反映光学镜头的解析力。与分辨率不同，明锐度反映的是图像的亮暗细节、微小色彩变化和鲜明反差度等。
提升MTF值的关键，在于高精密度的贴膜。这其中最难控制良率、成本最高的一环，又要属反射偏振片的贴膜。原理上来看，偏振光在反射偏振片处产生反射时，膜材有任何一点瑕疵都会被放大。
这种情况下，只有在贴合时实现更小的波度（waviness，用于衡量物体表面粗糙程度）、更平整的表面，才能确保Pancake光学方案的视觉效果得到进一步提升。
PICO 4对于Pancake光学方案的设计进行了改良，包括优化材料叠层结构、改进贴合工艺、完善检测流程等，最终比Neo3提升了85.7%的光学镜头解析力。
另一方面是补短，即如何基于这些年的技术积淀，围绕单片式Pancake光学方案改善视觉效果、降低VR设备主体的厚度。
视觉效果上，主要实现了更大甜蜜点设计和亮度均一性优化等。
更大的甜蜜点（Eye box）设计即改进VR光学设计，增加人眼接收到的清晰3D图像体积成像。
这样，即便头显的位置因为人身体的运动造成位移，只要甜蜜点足够大，人眼所看到的画面就可以清晰不模糊。
此外还有针对亮度均一性的优化，确保人眼接收到的成像质量更高……
△PICO 4（左）亮度均一性与PICO Neo3（右）对比
厚度降低上，则主要采用了电池仓后置的前后平衡设计、缩紧整体设备结构的设计等。
具体来说，则是将VR设备核心的电池部分放到后脑勺佩戴，并进一步降低对颈椎的压力。
除了延续PICO Neo3的前后平衡设计，PICO 4在重量上进行了更细节的优化，前端重量从395g降低到295g，后端重量基本不变，对下班回家玩VR的打工人更友好了。
据PICO介绍，他们接下来计划继续提升Pancake的光学效率、开发更精良的贴膜技术，以及研究多片式Pancake光学方案等，希望能做出更好用的VR眼镜。
来源：量子位 https://www.qbitai.com/2022/10/39023.html
Chinese 
English