全球首款用于3D传感及激光雷达的超透镜实现批量出货

当今，应用于智能手机的技术正在以非常快的速度变化和发展，希望将更多更好的功能挤入越来越小的空间。尽管如此，中世纪以后，折射透镜技术没有取得较大进展。随着超构光学（Meta Optics）技术的发展，引入了不同基本原理的新型平面超透镜。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。

据麦姆斯咨询报道，近日，全球首家实现超表面光学商业化的公司Metalenz宣布，全球领先的半导体芯片制造商意法半导体（STMicroelectronics）的新款飞行时间（ToF）传感器产品采用了其光学超表面技术，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，应用于智能手机、笔记本电脑、智能家居设备甚至汽车等大众消费产品。Metalenz拥有美国哈佛大学Capasso实验室开发的与超表面相关的知识产权（IP）组合的全球独家授权，并拥有20多项创新专利，旨在变革面向众多领域的传统光学元件。

Metalenz联合创始人Rob Devlin拿着12英寸超透镜晶圆

Metalenz在一份声明中表示：“超构光学技术可以高效调控光场，并在智能手机和其他设备中实现新的传感功能，同时占用更少的空间。现在，Metalenz平面超透镜取代了意法半导体FlightSense系列ToF传感器模块中的某些光学元件。该系列ToF传感器广泛应用于智能手机、无人机、机器人和车辆等，迄今已经售出超过17亿个。”

意法半导体FlightSense系列ToF传感器

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。

Metalenz与意法半导体合作量产革命性的平面超透镜

“我们使用与集成电路芯片完全相同的晶圆代工厂。”Metalenz联合创始人兼首席执行官Rob Devlin表示，“这就是为什么我们可以在很短的时间内将超透镜推向消费市场的原因。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，并且能够提升产能在一天内达到一百万个！”

电子显微镜下的超透镜结构图像

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、激光雷达、增强现实和虚拟现实（AR/VR）深度映射，这些功能正在成为当今智能手机的标配。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。

Rob Devlin介绍说：“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。”

“平面超透镜通常会集成到各种光学传感组件中，例如智能手机中的激光雷达、FlightSense系列ToF传感器。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。”Rob Devlin说道，“Metalenz平面超透镜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。”

意法半导体执行副总裁兼成像子集团总经理Eric Aussedat表示：“Metalenz平面超透镜为我们的ToF传感器实现显著的功率效率、光学性能和模块尺寸优化，所有这些都为消费、工业和汽车等众多市场带来好处。Metalenz平面超透镜非常适合需要深度映射的人脸识别、拍照对焦辅助、用户手势识别、消费类激光雷达及增强现实（AR）/虚拟现实（VR）等应用。”

延伸阅读：
《飞行时间（ToF）传感器技术及应用-2020版》
《汽车激光雷达（LiDAR）专利全景分析-2022版》