VR 裝置輕薄化 Pancake 成主流光學方案

 據智研咨詢數據, 2021 年全球 VR 裝置出貨量達 1095 萬台, 預計 2022 年全球 VR 設備的出貨量達到 1573 萬台, 年增 43.65%; 2024 年全球 VR 設備的出貨量有望達到 2631 萬台. 據 IDC 數據, 2021 年中國 VR 市場出貨量為 138 萬台, 發展略滯後於海外市場.

VR 廠商主要分為互聯網廠商, 硬件廠商, 專業 VR 廠商三大陣營. 其中互聯網陣營份額超過 80%, 代表廠商有 Oculus, Pico, Valve 等; 硬件陣營的代表廠商有索尼, HTC, 華為, 蘋果等; 專業 VR 陣營的代表廠商有 DPVR, arpara, 3Glasses 等.

從結構簡單的 VR 眼鏡, 到 VR 頭顯, 再到 VR 一體機, VR 設備硬件逐步升級換代. VR 眼鏡是根據外觀對早期 VR 設備的非專業性稱呼. 隨著 VR 設備硬件完善和應用普及, VR 頭顯的概念應時而生. 由於對 VR 設備無繩化, 輕便化的需求提高, 便出現了獨立處理器的 VR 一體機.

據華經產業研究院 2021 年數據, 顯示幕, 晶片, 光學器件占據了 VR 一體機的主要成本, 我們認為價值量較高的 Pancake 光學方案的成本占比相對更高. 據立鼎產業研究院, 以 Oculus Rift 為代表的 VR 頭顯由於不需要獨立處理器, 其成本主要集中在顯示幕, 電機和機械器件上.

VR 光學按照光路設計可以分成垂直光路, 折疊光路, 複合光路以及特定光路四種方案. 自菲涅爾透鏡接替非球面透鏡成為了主流光學方案後, 今年新發布的或即將發布的 VR 設備大都採用了 Pancake 方案, 折疊光路 Pancake 有望接力菲涅爾透鏡成為未來主流 VR 光學方案.

Pancake 方案在輕薄化, 成像質量, 屈光調節等方面表現更佳. 綜合來看, Pancake 方案實現了光學模組的輕薄化升級, 但技術門檻和制造成本相應更高; 非球面透鏡具有成本低的優勢, 但模組較為厚重; 菲涅爾透鏡則是介於非球面透鏡和 Pancake 方案之間的折衷方案.

折疊光路 Pancake方案利用半透半反偏振膜的透鏡系統折疊光學路徑, 光線在鏡片, 相位延遲片以及反射式偏振片之間多次折返, 最終從反射式偏振片射出進入人眼. Pancake 方案能夠實現更短的光路設計, 從而大幅縮小產品體積, 實現產品減重, 同時提升 VR 裝置的佩戴舒適度.

 VR 光學部件經歷了非球面透鏡, 菲涅爾透鏡和 Pancake 方案三個階段.  VR 光學方案向產品總量和體積更小, 畫面質量更高, 舒適性更好的方向發展. 視覺質量, 體積重量, 視場角, 光學效率與量產成本等關鍵指標的優化作為 VR 技術創新的主要動因, 最優組合將會成為市場主流選擇.

據 Wellsenn XR 預測 2022 年全球 VR 光學市場規模將達到 9 億元. VR 光學模組是 VR 頭顯的核心元件, 其市場規模取決於 VR 設備的出貨量和光學模組價格. 目前 Pancake 光學模組的成本高, 良率低, 產量低. 隨著未來方案的成熟和產量的提升, Pancake 光學模組的成本有望逐漸下降.

郭明錤表示第一代 Apple XR 將配備 2 個 3P Pancake模組, Pancake透鏡總成本約 30~40美元, 約等同 20 個高階 7P 鏡頭. 第一代 Apple XR 的 Pancake 透鏡供應商為玉晶光 (主要供應商, 同時也切入 Meta 及 Sony) 與揚明光 (第二供應商),  GIS 則為 Pancake 透鏡貼合供應商.