一文看懂超透镜（Metalens）

4月13日，天风国际分析师郭明錤发文称：“供应链预计将在2024年量产Apple的Metalens，歌尔股份为值得关注的概念股”。今天警长就来聊聊超透镜（Metalens）。

超透镜（Metalens）又称超构透镜。是一种二维平面透镜结构，是由超表面（具有亚波长厚度的平面二维 (2D) 超材料）聚焦光的光学元件制成。相比传统透镜，超透镜拥有体积更薄、重量更轻、成本更低、成像更好、更易集成的优点，为紧凑集成的光学系统提供了潜在的解决方案。并且可通过调整结构的形状、旋转方向、高度等参数实现对光的偏振、相位和振幅等属性进行调控。可以用于各种光学应用，比如成像、显示、传感、通信等。

以摄像头为例，传统摄像头需要多片透镜来形成光路，但是超透镜一片就够了。

下图为iPhone 14 Pro/Max的FaceID模组，模组左侧为红外线发射端，右侧为红外线接收端。

（图源：Yole，黑毛警长008标注）

红外发射端会发射大量的红外激光点，而接收端通过检测光点的畸变计算其深度，从而获得人脸面部的3D图像。

（图源：https://youtu.be/OvVKnC6gGtg?t=5m50s）

这个模组如果放大了看是下面这个样子，可以看到，不管是发射端还是接收端都是有透镜组，而且厚度还很大。实际上其发射端有3层透镜再加一个DOE（衍射器件）构成，而接收端则有4层透镜。要让手机做的更薄，这些透镜组是主要的挑战之一。

（图源：Yole，黑毛警长008标注）

而超透镜技术恰好能够解决传统透镜的问题。如果采用超透镜，多层传统透镜就能用一片超透镜来替换，模组的高度将大幅减小。

（图源：Metalenz，黑毛警长008标注）

试想一下，如果所有的摄像头透镜都被超透镜所替换，那么现在因摄像头导致的手机厚度问题有望彻底解决。另外，对于尺寸和重量都要求极高的AR/VR眼镜，则更需要超透镜技术。

目前有一些产品已经使用了超透镜技术，比如意法公司出品的深度（TOF）传感器VL53L8，它在发射端和接收端都用了来自Metalenz（注意最后一个字母是z不是s）公司的超透镜。警长对两个模组进行了3D建模，下面这个渲染图就是苹果FaceID模组和意法半导体VL53L8模组的对比（左侧：苹果FaceID模组，右侧：意法半导体VL53L8）。体积的差距一目了然。

（图源：黑毛警长008）

那么既然超透镜这么好，而且意法已经有了现成的模组，为什么苹果现在还没有用上呢？这是因为超透镜依然在发展，目前只能满足一些光学性能要求比较简单的器件，比如ST（意法）这个模组，它的发射端只能发射8×8的红外点阵，而苹果的FaceID需要发射3万个红外点阵。

长期以来，苹果等公司在持续攻克技术难关，努力将超透镜的光学性能进一步提升。郭明錤推文提到:“供应链预计将在2024年量产Apple的Metalens，预计用于取代iPad的Face ID Tx的塑料镜头”。所谓TX，就是红外发射端，由于发射端的DOE结构更容易被超透镜替代，因此苹果可能从发射段的DOE入手，然后再用超透镜取代DOE+准直透镜。随着技术难关被逐步攻克，超透镜也将会应用到FaceID的接收端甚至可见光摄像头上。

郭明錤在推文中也特别提到：

Apple发展Metalens的长期策略目标有3个：

(1) 降低对既有塑料镜头的依赖

(2) Metalens的技术与成本优势有利于产品设计与销售

(3) Apple预计最快在2026或2027年量产的Apple Glasses (非AR/MR头盔) 将大量应用Metalens

眼镜类型的头戴显示器装置为Metalens的杀手应用。若眼镜类型的头戴显示器装置能取得成功，Metalens出货量可望将爆炸性增长。

目前歌尔股份为全球Metalens模块与贴合量产技术领先者，Apple若能带动Metalens应用趋势，则歌尔股份将是此趋势的主要受益者之一。

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