专家解析：苹果Vision Pro光学系统的优缺点

Hypervision是一家以开发宽视场VR Pancake光学器件而闻名的公司。日前，Hypervision发布了一份名为《60PPD：通过fast LCD实现，而不是Micro OLED》的博文。关于这一报告，显示技术专家近眼显示技术专家卡尔·古塔格（Karl Guttag）探讨了其中的内容。

Hypervision 认为Apple Vision Pro （AVP）的折叠光学设计旨在实现边缘到边缘的清晰度，提供较大的视场，这对于在轻微的眼位偏移时保持视觉清晰度至关重要。尽管AVP的瞳距调整范围有限，但设计可能通过良好的光学和视觉轴对齐来保持最佳的视觉质量。

Apple Vision Pro 采用了一种名为“平凸透镜”的特殊透镜设计，使头显更加小巧轻便。传统的VR透镜可能体积庞大，但平凸透镜可以折叠光线路径以节省空间。AVP通过使用一种弯曲组件（如四分波片或QWP）来改善这一设计，帮助头显更好地处理光线，同时不损失画质。这是一项重大创新，因为它可以实现更好的图像清晰度和更宽的视场角（FOV）。FOV 基本上是指通过头显可以查看虚拟世界中的多少内容。可以将它想象为通过狭窄的管子与宽阔的窗户之间的差异。

AVP 通过使用三元件薄饼式镜头模块克服了这一限制。该模块的独特之处在于镜头元件的厚度不同。靠近显示屏的镜头元件的一侧比其顶部显著更厚，而中间的镜头元件则表现出相反的厚度模式。这种不寻常的设计暗示了 Facebook 的特定专利 US20180120579A1 的应用，该专利通过在两个圆柱面之间嵌入 QWP 来解决 QWP 变形问题。

该专利描述了将 QWP 嵌入两个圆柱面之间，这使得 QWP 在透镜表面之间呈圆柱形滚动时能够保持其平整度。这种圆柱形配置确保 QWP 可以有效地将线偏振转换为圆偏振，而不会发生变形。

苹果于 2017 年 2 月提交的专利 US20210132349A1 支持这种设计。该专利详细介绍了一种方法，其中 QWP 在 26 和 32 号透镜的 S6 和 S7 表面之间呈圆柱形滚动，形成一个能够将偏振光转换的单一透镜元件。这一设计创新使 AVP 能够绕过 QWP 的平面要求，从而实现更优化的透镜设计。

关于 AVP 的视野（FoV），根据设备的图片和已知尺寸估计，其水平 FoV 在 100° 到 110° 之间。由于瞳孔位置比眼睛旋转中心更靠近透镜，因此周边 FoV 大于旋转 FoV。经计算，单眼水平 FoV 鼻侧为 50°，颞侧为 60°，总计 110°，而双眼水平 FoV 为 120°。垂直 FoV 为 90°，上方和下方各为 45°。

对 AVP 显示器的进一步分析，假设瞳距（IPD）为 65mm，眼距（ER）为 12mm，表明 uDisplay 的活动区域为 27.6mm x 22.8mm。这些尺寸与支持 FoV 假设的纵横比相符。眼盒是眼睛需要定位的区域，以获得最佳图像质量。较大的眼盒更具宽容性，允许你稍微移动头部而不失去图像清晰度。由于 AVP 的先进设计，眼盒可能较小，这意味着你需要保持眼睛与透镜良好对齐，以保持最佳图像质量。

基于假定的像素大小为 7.395 μm 和显示分辨率的每度像素（PPD）估算，得出的 PPD 大约为 34，这应该被认为是相当重要的。考虑到潜在的非线性和确切规格，中心 PPD 可能会有大约 10% 的变化，可能达到 40 PPD。

最终，Guttag的认可意味着该分析抓住了AVP光学技术的精髓，Hypervision的分析则表明，如果你有理想的观看条件，那么光学技术确实令人印象深刻。这对苹果来说是个好消息，但无论如何，这并不能消除人们对AVP作为一款实用头显或一款可能改变其有限市场的产品所持的普遍疑虑。它证实了苹果在定义和开发核心技术方面的一贯做法，但在创造下一个“iPhone moment”方面却并非如此。