2、探索：自由曲面

顾名思义，这类透镜是为特定光路模组设计的，非常规镜片形状的透镜。理论上讲，自由曲面的镜片可以消除各种各样的色散、畸变，但实际上加工这类镜片的过程十分困难，所以真正使用在VR眼镜中的成本更高且条件也更苛刻。 由于镜片形状随机，加工过程中会遇到更加诡异的畸变和不可测量的因素。通常情况下，共轴自由曲面光学通过五轴或者十轴拟合出一个普通的面型，所以实际上加工出来的结果也只能是拟合面型，不能100％还原。

MR一体机R－1的四叠反射折射自由曲面棱镜 孙立表示：“将自由曲面技术用到VR设备中难度过高，这会在加工时引入不可控畸变。如果你设置的畸变值只有2％，实际上最后呈现下来是4％，是不规则的。和规则镜片的筒状畸变不同，后者可以用标准算法来校准，自由曲面畸变就只能单台校准。” 当然，离轴自由曲面的方案在像质（VR眼镜一个很重要的参数，下面会谈到）的表现上不亚于堆叠方案，甚至有更多的调教手段。Quest对于畸变的调教做的非常极致，只有把所有畸变都降低到1％以下，才会有身临其境的感觉，这种细微的差别在双6DOF体验中会很容易被察觉。 目前，离轴自由曲面被更多用在MR头显的设计方案之中。 一方面，MR头显大多主打高端路线，其价格能够支撑光学方案的落地；另外，离轴自由曲面方案受到工艺难度影响，通常FOV较小。尽管已经有公司设计出基于该方案的VR眼镜，但并不具备落地的条件。

3、未来：复眼光学（统称）

除了上述两种常见的短焦光学方案之外，还有两种光学方案目前被更多的适用于AR／MR眼镜的开发——衍射光波导、几何光学微透镜阵列，它们都使用了复眼成像的原理。 目前两种方案在工艺和量产问题上都尚待解决，但是孙立认为，尽管复眼原理的两种光学技术现阶段无法满足VR眼镜的全部需求，但却是未来VR／AR光学的总体发展方向，因为上述技术可实现扩瞳。 简单解释，非扩瞳的情况就是当你在佩戴VR头显时，清晰的图像往往只是集中在最中心位置视点，如果眼睛位置改变了，画面就会变得十分模糊。可以想象，未来我们所佩戴的VR眼镜如果是基于衍射光波导或者几何光学微透镜阵列，那么我们的眼睛在任何位置注视画面都是相同畸变清晰的图像。

微型显示屏带来的挑战

VR眼镜之所以能变“小”，其本质原因还是使用了微型显示屏。包括上面为大家介绍的三种主流的超短焦显示方案，它们无一例外都是基于微型显示屏成像的。 无论是哪种方案，超短焦光学所使用的屏幕与传统的显示屏都是不同的。一般方案中使用到的显示屏大点的也就1．8寸，更小的Micro OLED屏幕不到1寸。 也就是说，短焦光学方案一方面要实现体积缩减，还有一个更主要的任务——将这块不到1寸的显示屏变成清晰度极高的超大屏，这时候，就不得不提“像质”了。 孙立称：“短焦光学设计的主要一个要求就是像质（MTF）优先。在MTF参数曲线中，包含了非常多的比如对于图像本身极限分辨率的设定，有的光学系统的极限分辨率可能只能做到几百PPI。由于微显示器像素密度很高，如果MTF做的很低，虽然能显示一个120或90度FOV的图像，但是没有办法把清晰度做的和屏幕一样，这就会造成分辨率的浪费。”

单就Pancake方案来说，更多镜片折返的目的是为了使用更小的硅基OLED的屏幕，1寸以内的屏幕是无法使用两个镜片的光学模组来显示的，原理上需要通过光学系统先把一寸屏本身的口径放大，再通过折返的光路传递到眼镜里面。 由于采用多镜片的Pancake方案可以将其结构做的更加紧凑，所以整体的VR眼镜的体积会更小，但是光路的复杂程度直接导致了光学模组的加工工艺难度的攀升，所以目前市面还没有看到有量产的产品。 孙立表示：“现在量产VR眼镜的PPI水平，就是类似华为VR Glass这样1600X1600的微型LCD的屏幕。但之前视涯推出了Micro OLED的方案，其PPI可以做到2000到3000左右，分辨率做到单眼2560X2560，比前者都要更清晰。但是目前成本和组装难度都相对较大，所以暂时还没有看到这类方案的眼镜量产。” 如果只讨论Micro OLED的方案，目前屏幕本身可以将PPI做到3000甚至4000以上，所以画面呈现上可以做到更加细腻，没有纱窗效应的画质效果。Pico产品负责人表示：“体积小重量轻，是VR设备永恒的主题。目前产业链还在逐渐成熟的阶段，特别是成本较高，影响到价格。FOV再往上增加到100度以上会越来越困难。”

VR眼镜普及尚需等待

从VR眼镜的供应链生态角度来看，整体的供应量还处在低迷的状态。目前，除了京东方的常规微显示屏整体成本可以略微拉下来，Micro OLED屏幕都还处在较高的量产成本阶段。 孙立认为，现阶段VR眼镜的发展尚处早期，从技术方面看，目前提供短焦相关解决方案的歌尔、舜宇等OEM厂商均具备生产Pancake光学方案的能力。然而，大厂的推动对于新兴科技的普及尤为重要，我们已经看到华为在布局超短焦VR眼镜的道路上迈出第一步。

另一方面，除了VR眼镜的光学模组部分，孙立认为双6DOF体验将成为VR眼镜的标配。他称：“将双6DOF做进小体积的VR眼镜并非难事，无论是外置（类似华为VR Glass）还是内置（类似目前常见的AR眼镜）都可以实现。但是，截至目前，国内还没有一款6DOF技术真正媲美Quest的产品，加上内容生态方面的缺失，成为了VR眼镜普及的最大拦路虎。” 孙立表示：“未来3年到5年，我们有望看到真正意义上超短焦VR眼镜的落地。和2016年类似，在这之前以体型小巧为卖点的VR眼镜噱头有可能不请自来。但是一款产品是否受欢迎，其中一个重要指标就是活跃度，如果消费者买了产品之后只是放家里积灰，那其对于一款产品的普及又会有多大帮助呢？”