VR光学专题研究报告--从菲涅尔到Pancake

2021年全球VR头显出货量超1000万台，VR产业正式进入消费级市场，VR光学作为VR头显的关键且核心部件之一，随着VR产业的快速发展和渗透，预计2030年可达500亿元的市场规模，复合年化增速达69%。

VR光学经历了非球面透镜、菲涅尔透镜和Pancake方案三个阶段， 目前菲涅尔透镜以低成本和可控的成像质量，成为当前多数VR头显选择的方案。但随着VR在消费级市场逐步渗透和起量，C端消费者对VR的轻薄、以及成像质量、佩戴体验提出了更高的要求，折叠光路原理的Pancake的方案以轻薄、优秀的成像质量以及逐步成熟的量产工艺，逐渐成为消费级VR光学的发展和进化方向，特别是以Meta、苹果、Pico、华为等为代表的头部企业已经推出和即将推出Pancake方案的头显，我们判断Pancake方案未来3-5年将成为多数消费级VR升级的首选光学方案。

Pancake光学的关键工艺在于光学膜，包括光学膜的性能和贴合工艺，特别是反射式偏振膜和1/4相位延时片，膜材成本高且被海外光学膜巨头垄断，是当前VR光学发展的一大桎梏。

Pancake光学基于当前的技术进一步进化方向，包括可变焦、单片式等。此外，以偏振折叠光路为核心原理，产业界逐步探索通过与液晶、全息元件、光波导等结合方式，逐步将折叠光路方案推进成类眼镜的液晶偏振全息方案和全息波导方案等，这些前沿的光学方案有望大幅度压缩光学模组的厚度和重量，实现和当前眼镜一样的形态。

以追求特定场景的光学方案，包括追求超大视场角的异构微透镜阵列光学，以优化VR传感器布局的多叠折返式自由曲面光学有望探索出差异化的VR光学道路，特别是基于微纳工艺的超表面/超透镜的新兴光学方案，其卓越的光学性能，未来有望成为产业和资本追逐的潜力赛道。   

本报告详细介绍了各种VR光学方案光学原理、优缺点以及生产制造工艺流程，重点研究了Pancake光学方案原理、光学设计思路、偏振光折叠转换过程以及其核心材料关键工艺等。

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