AR眼镜、微型相机受益，哈佛博士后研究出超薄微透镜

Esther｜ 编辑

轻量化，一直是AR眼镜追求的方向之一。目前，高分辨率、高亮度的Micro LED等微型显示模组（光源）的大小已经可以缩减到毫米级别，但缩小光学透镜的体积一直是一大难题，而这也是让AR眼镜向“普通眼镜形态”转变的关键因素。

近期，前哈佛博士后研究员Reza Khorasaninejad在Ted演讲中，分享了一种薄如发丝的微型透镜的相关研究，为未来的轻量化AR眼镜形态开启了更多可能。据悉，Reza所阐释的透镜工艺名为Metasurface，而用这种工艺生产的微型透镜被称为Metalens。

Reza Khorasaninejad

Reza不仅是哈佛博士后，也是一家名为BRELYON的公司的联合创始人兼CTO。而18年12月青亭网就曾报道，BRELYON这家公司是前Meta首席光学工程师、前MIT研究员Barmak Heshmat在离开Meta后成立的。此后，公司一直处于保密阶段，通过这场演讲或许可以为我们带来一些发现。

据了解，在进入BRELYON之前，Reza曾在Magic Leap担任两年多时间的高级光学工程师，于去年8月才离职。而他对于Metalens的研究从2014年左右就开始了，并且6年来不断积累相关论文和专利，技术开始越发成熟，在Ted演讲上他甚至还展示了Metalens的原型样板。

Metalens原理

在演讲中，Reza表示：Metasurface工艺对于光学来讲，相当于首款晶体管对于电子产品的意义，即：晶体管取代了体积更大的真空管技术后，让计算机得以从昂贵且庞大的埃尼阿克形态，进化到手掌大小的智能手机形态。也就是说，Metasurface也有望成为颠覆光学技术和形态的一种新型工艺。

集成在玻璃基板上的100片metalens

目前，AR眼镜、显微镜、天文望远镜所使用的传统凸透镜外形类似于橄榄，两边窄中间厚。其原理是通过衍射的方式，改变光路角度，最终将光线折射到一个焦点，形成图像。如果需要提高聚焦的效果，则需要精确塑造透镜的形状，让它变得比光的波长更短，这一点很难满足。

有哪些优势

那么与传统透镜相比，Metasurface工艺或者Metalens到底有何优势呢？

Metalens内部结构

据悉，Metasurface由多个高透明度二氧化钛纳米柱（Metalens）排列组成，这些不同图案的纳米柱阵列可将不同颜色的光聚焦在同一点上。通常为了避免不同颜色光线的波长差异引起的色差，会叠加不同厚度的透镜，造成光学元件体积增大。

相比之下，Metalens的特点是可以实现超薄平面外观，集成在普通眼镜片上肉眼难以察觉，同时也可以像传统AR光学元件那样控制光线。此外，Metalens用现有的工艺技术就能制作，产能效率足够高。

总结来讲，优势如下：

• 1，折射率足够高（可达2.4），甚至可以控制光线的基本属性，比如限制光线、光线两极化和阶段、振幅；

• 2，支持多层叠加；

• 3，可以克服衍射光波导难以解决的畸变问题；

• 4，厚度仅600纳米（普通透镜厚度的1/5000），便可将光线波长降低一半（约0.5微米），可与普通眼镜片集成；

• 5，成本更低，聚焦效果更好，焦距更长。
  
  
  

使用Metalens重建的全息图像

除此之外，Metasurface的平面透镜误差更小，原因是对于普通透镜来说，需要将焦点精准定位在3D表面上，也就是在3D空间中折射光线，因此可能出错的次数为X³，而Metasurface是全平的，出错的次数为X²，理论上要小得多。

普通透镜聚焦原理

Metalens聚焦原理

应用场景

应用场景方面，Reza表示Metalens/Metasurface可用于摄像头、医疗手术、自动驾驶汽车（降低激光雷达体积和成本）和AR/VR眼镜等场景，而他自己目前专注的领域则更多是沉浸式光学，也就是AR或者VR眼镜。

目前，Metalens已经可以聚焦整个光谱，支持多色彩显示（包括白色），达到普通透镜的效果。未来，会与LCD光源集成，制成完整的光学模组。

参考：

TEDx Talks，https://www.youtube.com/watch?v=zsYlOjuT_gw

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