pancake折叠光路介绍

pancake折叠光路介绍

超短焦光学折叠光路(Pancake)技术其实是一种面向虚拟现实

的解决方案，虽然目前各大厂商都尽可能把VR头显做轻、做

薄，但采用菲涅尔透镜作为光学方案的VR头显中，Meta

Quest2的主机重量是503g，HTC Vive Focus3则趋近于

800g。设备过于厚重会导致用户的佩戴舒适度变差，于是能让

头显“减重”的Pancake方案应运而生。

VR光学方案主要经历了非球面透镜、菲涅尔透镜、Pancake方

案三个阶段，当前VR设备光学方案仍以菲涅尔透镜为主，

Pancake方案开始逐步渗透。近期国内华为、创维等公司公布

新一代Pancake产品，海外如Meta、苹果、谷歌都在积极进

行Pancake光学方案的研发，其中国际龙头Meta预计在下半

年发布的QuestPro中采用Pancake光学方案。

受技术进步、生态完善、价格下探、疫情催化等多重因素共

振，VR终端设备市场进入高速增长期。由于消费者对无绳

化、便携化的需求，VR一体机成为VR终端设备的主流趋势。

光学组件作为VR设备的重要组成部分，将迎来快速发展机

遇。

超短焦光学折叠光路(Pancake)简介从VR头显的拆解看，可把

显示单元分为显示屏和透镜。显示屏的图像光源通过菲涅尔透

镜，放大射入我们的眼镜，从而形成了图像。目前市面上绝大

多数的VR头显，都采用了显示屏+菲涅尔透镜的方案。但菲涅

尔透镜的缺点之一在于太过厚重，不符合VR未来轻薄化的发

展趋势。

要想在有限的距离内把一片光源的面积尽可能放大，一种方法

是使用放大镜；另一种方法需要借助两面镜子进行反射。在获

得同等光面积的情况下，后者的路线会比前者更短。掌握了这

个知识，就能更好地理解Pancake成像原理。

基于Pancake技术方案的VR头显，图像源进入半反半透功能

的镜片之后，光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振片之间

多次折返，最终从反射式偏振片射出。同时镜片组无需和显示

屏保持一定距离，能够降低VR头显的厚度，使其做得更紧

凑，整体体积也会更小。

与菲涅尔透镜方案相比，Pancake方案除了上述的轻薄，还能

够改善视野边缘模糊、画面畸变、边缘眩光等问题，带给用户

更出色的视觉效果。

Pancake折叠光学方案也有尚未解决的缺陷。一方面，屏幕和

折叠光路的贴合难度加码，从而导致采用这种方案的VR眼镜

普遍售价较高；另一方面，对基于2P Pancake方案的VR设备

而言，能做到的最大视场角是95-100°。有传闻称苹果的第

一代苹果AR/MR将配备2个3P Pancake模组，并将带来视场

角的提升。

目前已上市的VR头显中，采用Pancake超短焦光学方案的主

要有：华为VR glass、HTC Vive Flow和arpara 5K，这三款

产品都是分体式VR眼镜，需要手机、电脑等外接设备来供提

供供电单位和计算单位。从今年开始，我们也将陆续看到搭载

这一方案的VR一体机。比如YVR2、Pico下一代高端设备、

Meta Quest pro、arpara AIO，还有备受期待的苹果MR头

显。

虽然Pancake超短焦将在今年下半年逐渐成为VR一体机的主

流光学方案，但主要是中高端产品。当Pancake方案的需求不

断扩大，提高产能优势后，成本才有望下降，最终惠及到消费

者端，从而逐步取代采用菲涅尔透镜方案的VR头显。

VR产品普遍采用Pancake技术路线近期国内华为、创维等公

司公布新一代Pancake产品，海外如Meta、苹果、谷歌都在

积极进行Pancake光学方案的研发，其中国际龙头Meta预计

在下半年发布的QuestPro中采用Pancake光学方案。

多款备受市场关注的VR设备、产品普遍采用了Pancake技术

路线。如Pico今年9-10月于国内及美国同步发布的

PicoNeo4以及 Pico-Neo4Pro，显示系统搭载的是Pancake方

案;Meta的ProjectCambria，预计将于10月的Connect大会

发布，光学采用的也是Pancake方案;7月25日，创维VR举

行了全新品牌PANCAKEXR及新品PAN-CAKE1发布会，PANCAKE1

作为新品牌旗下第一代产品惊艳亮相，这款引领超短焦时代的

全球FastLCD最高PPI的面板，由TCL华星独家供屏。创维

VR总经理在发布会上指出，VR一体机的近眼显示已从过去传

统的非球面镜、菲涅尔镜片进入到超短焦的PANCAKE时代。

在VR设备结构中，光学模组作为连接显示屏和人眼的重要桥

梁，是最为关键的组件之一，直接影响到最终的显示效果与使

用体验。但一直以来，VR头显的体积都是阻碍其普及的大难

题。

市面上主流设备如 Ocu-lusQuest2、PicoNeo3等采用的均为

由传统透镜进阶而来的菲涅尔透镜，尽管透镜本身实现了厚度

的缩减，但仍需将屏幕放置在聚焦透镜的近焦面处;透镜与发

光源、屏幕之间有较长距离，导致整个光学模组体积较大。而

Pancake方案利用光的偏振特性，通过半透半反膜、反射偏振

片等使光在光学模组中反射多次，达到“折叠”光学路径的目

的，从而大幅降低VR头显重量及尺寸，提升用户的佩戴体

验。

VR头显 “瘦身”正成为厂商的必修课，毕竟在面临消费者的

挑剔眼光时，只有外观简洁、佩戴轻松的产品才能受到更多人

的青睐，而这也是厂商硬件搭台、生态唱戏的基本前提。为解

决VR产品的大体积、大重量，佩戴体验感不佳的问题，

Pancake超短焦方案应运而生。

Pancake方案利用光的偏振特性，通过半透半反膜、反射偏振

片等使光在光学模组中反射多次，达到“折叠”光学路径的目

的，从而大幅降低VR头显重量及尺寸，提升用户的佩戴体

验。此外，Pancake方案通过调整透镜组位置来直接调节屈光

度，对于近视用户而言也十分友好。

Pancake方案通过调整透镜组位置来直接调节屈光度，极大地

方便了近视用户。但受制于光学原理，光在Pancake模组中多

次经过偏振、半反射等环节，每一环节损失约50%光效，最终

光效可能仅为显示器的10%左右，因此需搭配亮度较高的显示

屏。同时尽管Pancake方案视场角理论上限较高，但目前可实

现的视场角(90°左右)明显低于菲涅尔透镜方案(100°以

上)。不过随着技术方案的逐步成熟，上述劣势预计将会得到

相应解决。

据预测，2021年全球VR头显出货量达1095万台，2024年有

望达到2631万台;据IDC数据，2021年中国VR出货量为138

万台，随着我国市场潜力不断激发，2025年有望达到1162万

台。由于消费者对无绳化、便携化的需求，VR一体机成为VR

终端设备的主流趋势。光学组件作为VR设备的重要组成部

分，将迎来快速发展机遇。Welsen-nXR预计全球VR光学市场

规模将于2023年达到22亿元，2030年有望达到500亿元。

目前，单个Pancake光学模组的价格约为150-200元 (不含屏

幕)，预计2030年Pancake以及其他更为前沿的VR光学方案

占比提高。

根据赛迪 《2021年虚拟现实产业发展白皮书》，VR产业链主

要包括了硬件、软件、内容制作和分发、应用与服务四大环

节。

硬件包括核心器件、终端设备以及配套外设。核心器件主要指

芯片、传感器、显示屏、光学器件、通信模组;终端设备主要

指PC端设备、移动端设备、一体机;配套外设主要指手柄、摄

像头、体感设备等。软件包括了支持软件和软件开发工具包两

个部分。支持软件主要包含UI、OS、中间件等;软件开发工具

包包括SDK、3D引擎等。

据华经产业研究院2021年数据，显示屏、芯片、光学器件占

据了VR一体机的主要成本，分别占比约33.9%、43.7%、

5.5%。价值量较高的Pancake光学方案的成本占比相对更高。

据立鼎产业研究院，以Oculus-Rift为代表的VR头显由于不

需要独立处理器，计算能力通过外接主机实现，其成本主要集

中在显示屏、电机和机械器件上，分别占比约34.6%、

12.3%、14.7%。

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