VR界火爆的Pancake技術是個啥?搞定眩暈笨重兩大痛點,蘋果也會用 | 智東西內參

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VRAR 是消費電子產業下一階段確定性較高的創新方向。2021 年全球 VR 出貨量邁過 1000 萬臺生態繁榮門檻,行業進入“硬體迭代升級—內容生態繁榮—使用者數量/滲透率持續增加”的良性迴圈上升通道。Wellsenn XR 預計全球 VR 光學市場規模將於 2023 年達到 22 億元,2030 年有望達到 500 億元。

VR 光學方案主要經歷了非球面透鏡、菲涅爾透鏡、Pancake 方案三個階段,當前 VR裝置光學方案仍以菲涅爾透鏡為主,Pancake 方案開始逐步滲透。Pancake 方案的落地不僅是光學系統自身的重大創新,同時也為 VR 頭顯整機設計預留空間,預計將是未來幾年 VR 頭顯主流的光學方案選擇。

本期的智慧內參,我們推薦安信證券和德邦證券的報告《VR 裝置輕薄化趨勢明確,Pancake 有望成為主流光學方案》《VR 行業專題 1:Pancake 光學落地加速,把握硬體創新機遇》,解析Pancake技術及該技術對VR產業鏈的影響。

來源 安信證券 德邦證券

原標題:

《VR 裝置輕薄化趨勢明確,Pancake 有望成為主流光學方案

《VR 行業專題 1:Pancake 光學落地加速,把握硬體創新機遇》

作者:馬良 陳海進

一、Pancake, VR光學的拯救者

1、Pancake下一階段 VR 光學主要升級方向

VR 光學發展大致經過傳統透鏡—菲涅爾透鏡—摺疊光路(Pancake)三個階段,體積重量不斷減小。目前菲涅爾透鏡是市場主流方案,Pancake 因為在輕薄化方面的重大突破,有望成為下一階段 VR 光學主要升級方向。

傳統透鏡在 VR 應用以非球面透鏡為主,體積 / 重量較大,應用逐漸減少。 基於凸透鏡基本原理,如果想使其焦距變短,滿足近眼成像模組體積縮小的需求,主要有兩種路徑:1)增加透鏡厚度:通過增加透鏡中央與邊緣厚度差,增強透鏡對光線的折射能力;2)多組透鏡疊加:縮短整體透鏡模組焦距。但是,無論採用哪種方式,短焦距與輕薄化的設計訴求在傳統透鏡上必然存在嚴重衝突,這也限制了傳統透鏡在 VR 頭顯上的進一步應用深化。

非球面透鏡可有效解決球差問題,在早期 vr 頭顯應用較多

菲涅爾透鏡本質是扁平版凸透鏡,因體積較小且工藝成熟被目前市場上多數 VR 頭顯採用。 光傳播的方向在介質中不會改變(除非是散射光),而是在介質的表面偏離。因此,透鏡中心的大部分材料只會增加系統內的重量和吸收量。基於此原理,菲涅爾透鏡在傳統透鏡的基礎上去掉直線傳播的部分,而保留髮生折射的曲面,從而達到省下大量材料同時又達到相同的聚光效果。

Pancake 方案進一步壓縮了模組厚度,提升了使用者的舒適度和沉浸感。 摺疊光路 Pancake方案利用半透半反偏振膜的透鏡系統摺疊光學路徑,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 光學方案通過讓光路在鏡片間多次折返,實現螢幕與鏡頭之間成像工作距離的變相縮短,整個光學模組長度也隨之顯著縮小,頭顯輕薄化設計實現了里程碑式突破。以創維PANCAKE 1 為例,採用 Pancake 光學模組厚度僅為 17mm,相對傳統菲涅爾透鏡光學模組厚度 39mm,縮小了 50%以上,主機對比傳統 VR 頭顯主機體積減小了四分之三以上,主機重量也僅 189g。

根據 Wellsenn XR 預測,2023 年全球 VR 光學市場規模將達到 22 億元,2030 年有望達到500 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 裝置的出貨量和光學模組價格。目前 Pancake 光學膜組的成本高、良率低、產量低,單個 Pancake 模組價格約為 150-200 元。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,VR 終端價格下沉進一步激發消費者購買慾,加速 VR 普及。

目前HTC Flow 系列、Pico VR Glasses、3Glasses X 系列、創維 S6 及 Pancake 1、arpara、Huawei、Shiftall 等頭顯裝置均已採用 Pancake 方案,Pico 4、Meta Cambria、蘋果 MR 等新品亦蓄勢待發。Pancake 光學方案能極大地提升使用者的沉浸感和舒適感,未來 Pancake方案有望為更多 VR 廠商採用,預計市場規模將持續擴大。

2、 Pancake 與菲涅爾透鏡方案例項比較

3Glasses X1 VS 3Glasses D3: 2019 年 4 月,3Glasses 釋出了採用 Pancake 光學方案的 VR 頭顯 3Glasses X1。 在整機設計上,3Glasses X1 VR 裸機重量小於 150g,機身尺寸為 165*62*24mm。相較於 3Glasses在 2017 年釋出的採用菲涅爾透鏡的 VR 頭顯 3Glasses D3,3Glasses X1 的厚度縮減了56mm,重量減輕了一半,整體上更加輕薄。

在顯示配置上,X1 單眼解析度為 1200*1200,視場角為 105 度,支援 0~600°的屈光度調節。由此可見,3Glasses X1 擁有比 D3 更大的視場角,且支援屈光度調節,但在採用同款 Fast-LCD 顯示屏的情況下,其解析度略低於3Glasses D3。

3Glasses X1

3Glasses D3

3Glasses X1 VS 3Glasses D3

創維 S6 VS 創維 V901 VS 創維 PANCAKE1: 2020 年創維釋出了採用 Pancake 光學方案的 VR 分體式眼鏡創維 S6。在整機方面,創維將S6 整機眼鏡重量降至 130g,機身厚度僅 58mm。在顯示方面,S6 單眼解析度為 1600*1600,視場角為 94°,支援 0~800°的屈光度調節。

相較於 2019 年 4 月創維釋出的採用菲涅爾透鏡的VR頭顯創維V901,創維S6顯著縮小了機身尺寸及降低了重量,但在採用同款Fast-LCD螢幕的情況下,其單眼解析度及視場角略低於 V901。2022 年 7 月 25 日,創維釋出了超短焦 Pancake 光學方案新品 VR 一體機 PANCAKE 1,PANCAKE 1 鏡片體積僅為傳統菲涅爾鏡片的 1/4,厚度減少 50%以上,相較於前兩款產品有著更高的解析度。

創維 S6

創維 V901

創維 S6 VS 創維 V901 VS 創維 PANCAKE1

Pico VR Glasses VS Pico Neo3: 2020 年 1 月 Pico 釋出了採用 Pancake 光學方案的 Pico VR Glasses,使用雙 2.1 英寸TFT-LCD 顯示屏,單眼解析度達 1600*1600。此款產品搭配 3DoF 控制器,其視場角為 90度,並支援 0-800 度屈光度調節。作為短焦產品,其機身尺寸為 160*79*26mm,重量僅為119 克。相較於 2021 年 4 月 Pico 釋出的採用菲涅爾透鏡的VR 頭顯 Pico Neo3,Pico VRGlasses 支援屈光度調節,且機身尺寸更小、重量更輕,但其解析度及視場角略低於 PicoNeo3。

Pico VR Glass

Pico Neo3

Pico VR Glass VS Pico Neo3

下列VR裝置光學方案對比情況顯示,採取Pancake光學方案的VR裝置普遍具有機身輕薄、支援屈光度調節的優點,但是目前由於技術原因,視場角表現較弱,方案潛力尚未被完全發掘。

VR 裝置光學方案對比

從上述案例對比來看,相較於菲涅爾透鏡,Pancake 光學方案在縮小機身尺寸、降低 VR 裝置重量以及屈光度調節方面有著較大優勢,但在顯示方面仍然與工藝成熟的菲涅爾透鏡有一定差距,受光損高、透鏡直徑被壓縮等因素影響,目前解析度和視場角表現還未達到理想水平。預計短期內,菲涅爾透鏡仍會被部分 VR 廠商採用,但 Pancake 光學方案的優勢愈發 凸顯,越來越多的 VR 廠商將其應用於新品中,Pancake 方案有望在中長期內實現大規模商用。

二、 Pancake 方案落地加速,帶來產業鏈新增機遇

VR 光學重要創新, Pancake 推動 VR 行業發展進入新階段。 VR 頭顯硬體創新主要體現在光學方案、互動方式、整體設計三方面,Pancake 是光學方案中的重大升級。預計隨著 Pancake 方案的逐步推廣應用,VR 頭顯在重量體積和佩戴舒適性上將迎來較大幅度提升,同時 Pancake 模組體積的減少為頭顯整體設計提供了更多的空間預留,協同推進行業發展進入新的階段。

Pancake 為 VR 行業硬體迭代重要一步

光學膜卡位 Pancake 方案價值高地,產業鏈核心供應商新增從 0 到 1 彈性機會。

Pancake 方案在 VR 領域的應用帶來增量光學膜市場機會,根據測算,假設2026 年全球 VR 頭顯出貨量 3473 萬臺,Pancake 滲透率 80%,單目光學膜成本100 元,對應市場規模約為 56 億元。考慮到目前 Pancake 光學膜達標供應商較少,對於單家企業來說從 0 到 1 彈性增長機會較大。此外,隨著面板產業轉移,我國偏光片市場需求不斷增加,但是供給端高度依賴進口,國產化率提升同樣是本土偏光片企業的發展良機。

Pancake 光學膜市場空間測算(億元)

Pancake 方案對螢幕亮度要求較高, Mini led/Micro oled 光源配套升級,滲透率 有望加速提升。 VR 顯示方案主要在畫素密度、響應速度、亮度、功耗、對比度、成本等效能方面不斷優化。Mini led/Micro oled 相比傳統 Fast-Lcd 方案整體效能表現更優,在 Pancake 方案的配套升級需求下,滲透率有望加速提升。

短期內 Mini led 方案依據成本優勢落地更快,中長期隨著技術的持續創新發展和終端規模上量,Micro oled 具備成本競爭力的時候,有望憑藉高解析度、高重新整理率等全方位優勢快速大面積鋪廣。

智東西認為,Pancake方案,可以極大改善目前VR頭顯的“短板”。展望未來,Oculus、Pico、奇遇等頭部廠商的下一代新品、以及蘋果MR都或將搭載Pancake光學模組,產業趨勢已高度確定。

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