VR Pancake光学原理及检测关键

VR光学方案，有非球面镜片、菲涅尔透镜、Pancake，目前业界公认的趋势是Pancake，Pancake可以极大地压缩VR眼镜的体积，镜片厚度也明显降低。如下图，相比菲涅尔光机系统，Pancake可以缩减一半的厚度，这可以极大地提升用户的佩戴舒适度。

Pancake中文含义为折叠光路，通过光路折叠在更小的模组厚度下，实现同等的光路总长，即同样的放大效果。其具体结构和光路如下：

1. 由显示屏发出的光先经过偏光片，变为线偏振光（偏振方向p），此时亮度损失一半；

2. 经过1/4波片变为圆偏振光，然后经过半透半反膜，亮度第二次损失一半；

3. 经过第二个1/4波片，圆偏振光又变成了线偏振光（偏振方向s），但是偏振方向和之前垂直；

4. s向偏振光被透p反s的反射偏光片反射回去，再次经过1/4波片变为圆偏光；

5. 进入透镜1，然后被半透半反膜反射回来，形成折叠光路，同时亮度第三次损失一半；

6. 经过1/4波片，形成p向偏振光，此光可以通过反射偏光片，经过透镜2到达人眼。

Pancake光学对光的损失较大。LCD自带偏光片，因此其极限光效是25%；Micro OLED极限光效为12.5%。但Micro OLED亮度要超过LCD两倍，同时由于PPI、响应速度、色域等优势，高端VR的主流选择是Pancake + Micro OLED方案。

除了光损较大之外，Pancake还存在伪影和FOV小的问题。伪影是因为光路会出现双折射从而容易形成伪影，FOV小是因为压缩了TTL(Total Track Length)。

因此，Pancake光学方案中所有部件的精确几何定位非常关键，具体而言，必须注意以下事项：

所有表面的近轴光轴是否重合
非球面轴与近轴系统轴是否重合
镜片中心厚度及其间距是否正确
偏振元件间的对准是否正确
是否达到所需的图像清晰度
出瞳位置是否正确

厂商在制造过程和质量检验过程中，需要调整或控制以下参数：

远轴透镜的中心和倾斜调整
非球面表面的倾斜和中心调整
中心厚度和间距
eyebox和视场范围内的MTF
有效焦距
畸变
相对照度
色差
鬼影与雾化

来源：TRIOPTICS ，芯视佳，艾邦智造编辑

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