早在2007年，第一部iPhone上的相机就只有2百万像素。而且它只有一个后置摄像头。甚至没有前置的自拍摄像头。如今，您会在手机的正面和背面找到多个摄像头，其中一些摄像头具有高达108兆像素的传感器，例如三星Galaxy S21 Ultra上最大的摄像头。

但是，尽管智能手机相机的传感器尺寸和百万像素数在过去十年中已显着增加（更不用说计算摄影软件的改进了），但用于拍摄照片的镜头却基本保持不变。

如今，一家名为Metalenz的新公司已经从隐形模式中脱颖而出，该公司正在寻求通过使用采用称为光学超表面的技术的单个平面透镜系统来破坏智能手机相机。围绕这种新的镜头技术构建的相机可以产生与传统镜头相同甚至更好的图像质量，可以收集更多的光线以拍摄更明亮的照片，甚至可以在手机中实现新的感应形式，同时占用更少的空间。

平板镜头

它是如何工作的？好吧，首先，重要的是要了解当今手机相机镜头的工作原理。智能手机背面的成像系统可能有多个摄像头-最新的iPhone 12 Pro背面有三个摄像头-但每个摄像头都具有多个镜头或彼此叠置的镜头元件。前面提到的iPhone 12 Pro的主摄像头传感器使用七个镜头元件。像iPhone这样的多镜头设计要优于单镜头设置。当光线穿过每个连续的镜头时，图像将获得清晰度和清晰度。

“如今，智能手机中通常使用的光学元件由四到七个镜片组成。”光学元件制造商蔡司（Zeiss）的创新经理Oliver Schindelbeck说。“如果只有一个透镜元件，仅凭物理原理，您将产生像差，例如图像失真或色散。”

制造商可以使用更多的镜头来补偿色差（当色差出现在图像边缘时）和镜头变形（当直线在照片中出现弯曲时）等不规则现象。但是，将多个镜头元件堆叠在一起需要在相机模块内部增加垂直空间。多年来，这是智能手机上的相机“碰撞”越来越大的众多原因之一。

Schindelbeck说：“您想要在相机中包装的镜头元件越多，所需的空间就越大。” 凸块尺寸的其他原因包括更大的图像传感器和更多带变焦镜头的相机，这需要额外的空间。

随着时间的推移，像苹果这样的电话制造商已经增加了镜头元件的数量，而像三星这样的一些手机制造商现在正在折叠光学器件以创建“潜望镜”镜头，以提供更大的变焦能力，但公司通常会坚持使用久经考验的堆叠式镜头元件系统。

Schindelbeck说：“光学系统变得越来越复杂，您添加了更多的透镜元件，创建了坚固的非球面元件，以实现必要的空间缩减，但是在过去的十年中，该领域没有任何革命。”

介绍Metalenz

这就是Metalenz的用武之地。Metalenz的设计没有使用堆叠在图像传感器上的塑料和玻璃透镜元件，而是使用了在玻璃晶圆上构建的单个透镜，该晶圆的尺寸在1x1到3x3毫米之间。在显微镜下仔细观察，您会看到纳米结构测量出人类头发宽度的千分之一。这些纳米结构以某种方式弯曲光线，从而纠正了单镜头相机系统的许多缺点。

联合创始人兼首席执行官Robert Devlin从事博士学位时，经过十多年的研究形成了核心技术。哈佛大学，著名物理学家，Metalenz联合创始人费德里科·卡帕索（Federico Capasso）。该公司于2017年从研究组中分离出来。

光穿过这些图案化的纳米结构，在微观水平上看起来像数百万个直径不同的圆。Devlin说：“在很大程度上，弯曲的透镜可以加快和减慢光线的弯曲速度，其中每一个都允许我们做相同的事情，因此我们只需改变这些圆的直径就可以弯曲和塑造光线。” 。

由此产生的图像质量与从多透镜系统获得的图像质量一样清晰，并且纳米结构可以减少或消除传统相机常见的许多图像劣化像差。而且设计不仅节省空间。Devlin说，Metalenz相机可以将更多的光传回图像传感器，从而比传统的镜头元件获得更明亮，更清晰的图像。

另一个好处？该公司已经与两个半导体领导者建立了合作伙伴关系（目前每天可以生产一百万个Metalenz“芯片”），这意味着光学器件是在制造消费类和工业设备的相同铸造厂制造的，这是简化供应链的重要一步。

新型感应

Metalenz将于今年年底投入量产。它的第一个应用将是用作智能手机中3D传感器的镜头系统。（公司未提供电话制造商的名称。）

Devlin说，当前的3D传感器（例如Apple的用于Face ID的TrueDepth相机）会通过激光照亮场景来扫描人脸，但这可能会浪费手机的电池寿命。由于Metalenz可以为图像传感器带来更多的光线，他声称这可以帮助节省电量。

其他好消息？Devlin说，如果它是手机正面的3D传感器以进行人脸识别，那么Metalenz系统可以消除像现在的iPhone一样大而笨拙的突出到屏幕的摄像头的需求。放弃传统的镜头元件可以节省大量空间，这将使更多的手机制造商将传感器和摄像头放在设备的玻璃显示屏下方，这将在今年得到更多体现。

Devlin说，Metalenz的应用程序不仅限于智能手机。这项技术可用于从医疗保健仪器到增强现实和虚拟现实相机，再到汽车中的相机等所有领域。

以光谱学为例。光谱仪用于精细检测不同波长的光，它通常用于医学检测中以识别血液中的特定分子。由于超表面可以让您将“光学元件的桌面”折叠成一个单一的表面，因此Devlin声称您可以使用Metalenz在智能手机中弹出正确的传感器，以完成相同的工作。

Devlin说：“实际上，您可以使用光谱仪查看水果的化学特征，并判断其是否成熟。” “实际上，它已不再只是一张图像，您实际上正在访问各种不同形式的感觉，并与世界互动并与之互动，从而在手机中获取了一系列全新的信息。”