Metasurface了解一下！Metalenz和ST全球首创平面超光学透镜实现商用（文末有奖问答）

参考文献

✎ 麦姆斯咨询：全球首款用于3D传感及激光雷达的超透镜实现批量出货‍

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如果要问，近几年的手机有哪些设计是你最忍不了的？不是没有耳机孔、不是没有可拆卸电池、不是没有得插SD卡……而是它：越来越厚、越来越多的摄像头。

手机想要获得好的拍照效果，就需要更大的CMOS传感器、更多焦段的镜头……这就与人们对更薄更小的摄像头的期待成为一组矛盾。

超构光学技术带来一场颠覆性革命

中世纪以后，很长时间以来，折射透镜技术都没有取得重大突破。而超构光学（Meta Optics）技术的发展，通过引入不同基本原理的新型平面超透镜，将带来一场颠覆性革命。超构光学技术将多种复杂的光学功能集成在同一平面，不再是宏观可见的弯曲表面。这缩小了每个透镜元件的大小，同时减少了所需的透镜元件数量，因此大大减少了光学镜头的尺寸、元件数量、组装复杂性和总体成本。

最近，由全球首家实现超构光学商用的公司Metalenz和全球排名前列的半导体芯片制造商意法半导体首创的光学超表面技术(metasurface)正式商用！双方共同开发的meta-optics产品现已上市，搭载意法半导体新款dToF传感器VL53L8成功亮相（ST新多区dToF传感器，能耗减半，测距加倍！），并实现了批量出货。这项技术将平面超透镜取代传统折射透镜，可以为众多的消费电子、汽车和工业应用带来性能、功率、尺寸和成本优势，当前阶段主要用于消费电子设备。

Metalenz拥有哈佛大学Capasso实验室开发的超表面镜片技术的基础知识产权组合的全球独家许可权，持有20多项可在多个市场上简化改进光学器件的创新专利。公司的超表面技术能在单层半导体上提供复杂的多功能的光学性能，将大规模的镜片生产活动转移到半导体制造厂，像制造计算机芯片一样生产镜片。

▲Metalenz联合创始人兼CEO Rob Devlin手持12英寸超透镜晶圆

与传统的模压曲面镜片不同，Metalenz的新型镜片是纯平面的，能够收集更多光信号，在单层半导体上就能提供多种功能，为智能手机和其他设备带来新的感测方式，同时占用更少的空间。Metalenz的平面镜头技术将取代意法半导体FlightSense™ ToF模块现有的某些镜头，为ST的ToF传感器实现显著的功率效率、光学性能和模块尺寸优化，而所有这些优化都将使消费、工业和汽车等众多市场受益。意法半导体ToF模块广泛应用于智能手机、无人机、机器人、汽车等应用领域，迄今销量已超过17亿件。

半导体制造工艺和光学技术成为完美搭档

Metalenz 的联合创始人、首席执行官 Rob Devlin表示：“经过十多年的基础研究，我们才走到今天这一步。我们的市场部署让meta-optics成为第一个商用超表面技术。借助ST的半导体技术、制造能力和全球布局，我们能够影响数百万消费者。我们目前已赢得了多张标志我们平台技术被首次应用的订单，现在，我们正在围绕其独特的功能设计完整系统。我们的meta-optics将以具有竞争力的价格，为设备厂商赋能，助力他们开拓令人期待的新市场和开发新感测功能。”

意法半导体是ToF传感技术的创新先锋。ToF技术是利用光速来准确计算距离。光子的传播速度是299,792,458米/秒，ToF传感器的工作原理是精确测量光子发射到目标物体表面然后从反射回来的所用时间。从首款ToF传感器开始，意法半导体及其技术彻底改变了手机相机的自动对焦功能，并通过存在检测和手势识别功能，提高了移动设备和计算机的安全性和能效。

意法半导体执行副总裁、影像事业部总经理 Eric Aussedat表示：“将Metalenz突破性的超表面镜片技术与ST的先进制造能力和ToF技术完美组合，推出内置meta-optics的产品，可以显著优化应用系统的能效、光学性能和模块尺寸，让消费、工业和汽车市场受益。我们推出的内置 Metalenz镜头的产品非常适合需要深度映射的应用，例如，人脸识别、相机辅助功能、消费级激光雷达和AR/VR等应用，因此该技术将初步锁定近红外波长传感市场，特别是3D传感市场。”

Metalenz所开发的超构光学技术是意法半导体先进制造能力的完美补充。意法半导体将半导体制造工艺和光学技术相结合，在半导体晶圆代工厂内使用先进的光刻版在超表面上完成可调谐的衍射波前层。更为重要的是，平面超透镜在半导体洁净室使用的制造技术与硅基集成电路一样。超透镜的纳米结构是人类头发宽度的千分之一。这些纳米结构只需单层就能操纵光线，从而实现与复杂的多元折射镜头相同的功能。

▲电子显微镜下的超透镜结构图像

Metalenz的IP部门与意法半导体制造技术部的技术合作为传感器带来令人难以置信的测量准确度和精准度，让半导体芯片行业能够制造精确的、可复制的meta-optics，为高质量、能达到规模经济效益的镜头制造开启了全新的方式。

Metalenz联合创始人兼首席执行官Rob Devlin表示：“我们使用与集成电路芯片完全相同的晶圆代工厂，因此可以在很短的时间内将超透镜推向消费市场。在一片12英寸晶圆上，我们可以制造出5,000到10,000个超透镜，因此可以在一周内生产数万个超透镜，并且有可能提升产能，甚至能在一天内达到一百万。”

激发消费应用潜能，未来或面向汽车、医疗等应用

这项超构光学技术最初主要针对快速增长的近红外传感市场。近红外波长可用于3D传感功能，如人脸识别、自动对焦辅助、消费级激光雷达、AR/VR深度映射，这些功能正在成为当今智能手机的标配。

据Rob Devlin介绍：“平面超透镜比标准的智能手机镜头薄100倍，而且制造更简单、价格更便宜，并且更能抵抗冲击、避免破损。此外，这项技术可以用于整个电磁频谱——超越可见光，能够助力实现出色的3D传感功能，为所有智能手机带来基于激光雷达的感知功能。目前，这项感知功能仅用于苹果（Apple）高端手机中。Metalenz超构光学技术为下一代智能手机及其它消费电子产品、汽车和医疗等应用提供多种的成像与传感功能。”

此外，平面超透镜还可以用于室外或室内公共场所的人员计数器、智能门铃、机器人视觉和引导系统及其他物联网设备。Metalenz平面超透镜目前已经通过了汽车用途的合规性和监管测试。汽车方面的一个潜在用例是作为驾驶员监控系统，以确保智能辅助驾驶的安全。

展望未来，由半导体晶圆代工厂制造的平面超透镜可能将与传统折射透镜一样常见，这项技术必将激发更多消费、工业、医疗和汽车等创新应用，开启一个新的感测时代！