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在去年FC大会上Meta公布了全新的短焦VR头显，代号Project Cambria，这款头显的特点是专注混合显示领域，具备RGB透视AR能力，还支持眼球追踪、面部追踪、升级的手势追踪和语音助手等功能，目的是提升VR社交、办公的体验感。

目前Meta未公布关于Cambria的更多消息，仅公布其光学结构图和产品外观渲染图。据分析师预测，Cambria将于今年第二季度发布，配备Mini LED显示屏+2P Pancake短焦透镜。而近期，AR/VR光学专家Karl Guttag从公布的光学结构图中发现，Cambria的透镜结构或与Meta此前申请的专利十分接近。

从这些专利中，Guttag发现Cambria或将配备变焦液晶模组，用来缓解视觉辐辏调节冲突（VAC）。Guttag表示：在搜索Kopin开发的超薄Pancake透镜时，意外发现了Meta Connect 2021上公布的Project Cambria的一张图像，图中描绘了Cambria的Pancake透镜结构，而这种结构此前在Meta申请的专利中也有体现。

从结构图来看，Cambria的光学模组采用了偏光镜和四分之一波片，与这种光学结构相关的Meta专利多达十几项。

四分之一波片延迟器（QWP Retarder）

Guttag指出，四分之一波片QWP常用于偏振光学方案，多数AR光学系统利用QWP来控制光线。此外，Pancake光学也采用QWP元件。

聚合物偏振器和延迟器图解：通过反射表面来切换光线的偏振方向，常用于光线隔离方案

QWP通常由塑料薄膜制成，透光性高，在正确的方向时，线偏振光通过QWP变成圆偏振光，将相位延迟四分之一波长（向左或右方向均是如此）。当同一个方向的光两次通过QWP时，作用相当于一个半波片（二分之一波片），光线会线性旋转90°。而从镜面反射的光线会转换圆偏振光的方向（左右颠倒）。

关于Kopin、松下和Meta的Pancake光学

在过去两年里，Kopin一直在研发适用于OLED微显示屏的轻薄塑料制Pancake透镜。Pancake光学采用折叠光路来节省空间，原理是让光线在光学模组中反复多次的折射、反射。最靠近显示模组的透镜配备半反射镜涂层，因此在光线第一次透过时充当折射镜，后续又可以作为曲面反射镜。

在Meta专利2020/0348528中，图1和图7展示的光学结构与Kopin方案足够接近，靠近显示屏的透镜有一侧配备半反射镜涂层，同时具有折射和反射特性。

此外，专利图中还描述了Pancake光学模组的基本光路，或采用具有线性偏振器的OLED搭配QWP，或是结合发射圆偏振光的液晶显示屏。显示屏发射的光线为左圆偏振，其中50%将透过半反射透镜得到折射，然后在QWP上得到反射，将光从左圆偏振转化为线性偏振，然后光线再通过可变焦液晶透镜，在另一个透镜上的偏振分束器上得到反射，再次通过可变焦液晶透镜，然后通过QWP，将线性偏振变回左圆偏振。

再接着，光线到达半反射曲面镜上得到反射，左圆偏振转化为右圆偏振，光线产生弯曲，然后通过QWP，转化为线性偏振，然后通过可变焦液晶透镜，再通过偏振分束器，经过透镜折射入人眼。靠近显示屏的透镜同时具有折射和反射两种特性，因此可以实现折叠的光路，缩小光学模组的体积。

关于可变焦液晶透镜

Meta专利中指出了一个关键的光学元件：可变焦液晶透镜，在上面施加电压后，可以充当可变焦菲涅尔透镜。在专利中，Meta还讨论了多层液晶透镜的尝试。与较厚的单个透镜相比，由更薄的透镜组合的模组响应速度更快，设计也更灵活。实际上，液晶透镜的响应速度大约和厚度的平方成正比，因此如果透镜的厚度缩小十倍，那么响应速度则会快100倍。

我们知道，液晶技术可以应用于可变焦透镜的制造中。此前，以色列光学公司DeepOptics就曾展示可变焦透镜技术，可为AR/VR带来自动的动态聚焦效果。在CES 2018上，DeepOptics曾与Lumus合作，展示基于DeepOptics自适应透镜的光波导AR眼镜，其特点是支持动态变焦，视觉观感足够清晰，可缓解视觉辐辏调节冲突。截至目前，DeepOptics开发液晶透镜技术已经约10年时间，其技术已经应用于32°N Sunglasses推出的电动变焦偏光太阳镜中。

理论上讲，Meta可能会同时融合Kopin Pancake的类似方案，以及接近DeepOptics的流体透镜技术。同样，Guttag此前也曾在Magic Leap专利中发现了可变焦液晶透镜的信息，不过他指出Magic Leap系列AR眼镜存在额外光损的问题难以解决。

缓解视觉辐辏调节冲突

Meta在专利中指出，采用可变焦透镜的目的是缓解VAC，也就是视觉辐辏调节冲突。VAC指的是3D立体图像的动态焦距无法与人眼视觉匹配，从而产生模糊的视觉效果，引起视觉疲劳甚至眩晕。

实际上，为了提升VR视觉清晰度，Varjo等VR头显配备两种不同的屏幕，并结合眼球追踪技术来动态渲染焦距。相比之下，如果采用可变焦液晶透镜则无需额外的屏幕，也是解决VAC问题的一种方式。

近年来，Meta在多项研究中探索VR动态变焦的可能性，比如基于机械屏幕变焦VR原型，或是动态渲染图像中模糊和清晰部分的DeepFocus算法等等。与机械变焦屏幕相比，可变焦液晶透镜的成本似乎更低。

总体来讲，通过动态变焦来提升视觉清晰度，将成为AR/VR接下来一个关键趋势，对于提升AR/VR体验感来讲很重要。而对于Meta将发布的高端VR头显Cambria，如果它采用液晶透镜来实现变焦，那么实际的效果也足够令人期待。

Guttag表示：目前没有消息告诉我Cambria将支持可变焦功能，目前唯一的证据只是几项专利，而这些专利中的概念图与FC大会上公布的图片十分相近，因此猜测Cambria有可能采用可变焦液晶透镜。当然，这并不是一个完美的VAC解决方案，因为可变焦液晶透镜会让VR中的所有图像处于相同的焦距，如此一来便无法模拟真实的深度信息。

我们知道，在现实生活中你看到的每个物体都在不同的距离、角度，因此拥有不同的深度。而在2D屏幕上你看到的画面几乎在同一个焦距，因此缺少立体感。立体感是VR的关键特质，除了DeepFocus智能模糊算法外，目前也有一些更好的办法可解决动态变焦的问题，比如容积式3D显示方案Lightspace3D、Focus Surfaces、光场方案Creal，或是真正的全息等等。