iPhone 的靈動島終於要縮小了，靠的竟然是一塊鏡片

2024-11-01 01:36:02 4

iPhone 16 系列釋出的熱度才過去不久，iPhone 17 的新賣點又悄然出現了。

在國產手機如火如荼的釋出間隙，這個爆料顯得毫不起眼：下一代的 iPhone 除了多了一個 Air 型號以外，iPhone 17 Pro Max 的靈動島將進一步縮小。

其實看到這條訊息時，我並沒有太大的意外——因為靈動島代代都在縮小，這並沒有什麼大不了的，但當我深入瞭解以後，才發現這條不起眼的訊息背後，藏著的是喬布斯關於手機設計的終極願景。

超透鏡，是奈米級的鏡片

要說一臺 iPhone 什麼地方最顯眼，我想除了背後的影像模組外，就要數這塊螢幕上的靈動島了。

要想縮減這塊礙眼的東西，我們需要先知道這塊始終以黑色面板蓋住的靈動島是怎麼來的：

2017 年，iPhone X 拉開了蘋果全面屏機型的序幕。

為了保證屏佔比的優勢，iPhone 正面的部件迎來劇烈改動，Touch ID 隨著標誌性的 Home 鍵徹底退出舞臺，一塊從邊框上延伸進入螢幕的區域出現了——Face ID 與自拍所用的原深感攝像頭系統，以及幫助手機與外界互動的距離感測器和環境光感測器都藏在其中，組成了我們熟悉的劉海。

▲ iPhone X 劉海的內部結構

到了 iPhone 14 Pro 系列上，劉海轉身一變，徹底與邊框分離，在螢幕中單獨盤踞成一個藥丸形狀，並配合從軟體上定製的互動介面，成為大家熟知的靈動島。

這一次 iPhone 17 Pro Max 上靈動島的縮小，蘋果就決定對其中的「原深感攝像頭系統」動刀。

這個系統中有幾大關鍵組成部分：紅外攝像頭、點陣投影儀、前置攝像頭、泛光感應元件以及距離感測器和環境光感測器。

發現了嗎？其中有一半的元器件，都離不開一位關鍵先生——攝像頭。

在傳統的攝像頭系統中，鏡頭依賴於純粹的光學設計，透過彎曲拋光玻璃或塑膠材料將光線曲折並聚焦至一點，傳統鏡頭的製造工藝成熟，佳能、尼康等公司已經在此領域深耕多年，擁有龐大的鏡頭群與市場份額。

▲ 傳統的相機鏡頭，主要基於光學結構設計

不過，就算傳統鏡頭在成像質量上已經非常成熟，但它們存在一些固有的侷限性：體積與重量。

由於傳統鏡頭需要透過物理彎曲來聚焦光線，導致鏡片結構限制了鏡頭的最小尺寸和重量，同時傳統鏡頭在設計上很難實現對特定波長光的精確控制，這在需要特定光譜成像的應用中是一個挑戰。

超透鏡技術的出現，有可能改變這一切。

2021 年，麻省理工學院發表了一份研究報告：

我們的工程師們製造出了一種可調整的「金屬透鏡」，它可以在不改變物理位置或形狀的情況下聚焦於多個深度的物體。這種透鏡不是由固體玻璃製成的，而是由一種透明的「相變」材料製成的，這種材料在加熱後可以重新排列其原子結構，從而改變材料與光線的相互作用方式。

超透鏡的優勢中，有個特性最突出：輕量、高質。

這個輕量，可不是傳統光學上的「長槍大炮」與「餅乾頭」對比，超透鏡本身尺度是奈米級別的。

用更專業的話講，超透鏡的厚度是「亞波長厚度」——當某個結構的厚度小於電磁波的波長，它就被稱為亞波長厚度。

用數字舉個更清晰的例子：假設一個材料的厚度是 100 奈米，而我們處理的光波波長是 500 奈米，那麼這個材料的厚度就是亞波長厚度（100 奈米 < 500>

超透鏡就是在亞波長厚度的平面二維材料上設計的，透過高精度的奈米加工技術（比如電子束光刻、飛秒鐳射直寫光刻和奈米壓印技術），可以將超透鏡的厚度控制在數百奈米級別，遠小於傳統透鏡的毫米級別。

可以說，將超透鏡與傳統鏡頭放在一起，就像一枚隱形眼鏡放在哈勃望遠鏡的旁邊。

超透鏡不止本身薄，它需要的工作空間也很小。

如果你有老式鏡頭，你一定會留意到轉動對焦環時，鏡頭在輕微前移或後移，這是因為在傳統光學設計中，鏡頭想要對焦不同距離的物體，需要移動鏡頭組之間的鏡片，才能讓影象清晰。

麻省理工學院材料研究實驗室科學家 Tian Gu 直接表示超透鏡可以依靠自身完成對焦任務：

研究結果表明，我們的超透鏡不用移動部件和位置，就能實現位於不同深度的重疊物體的無像差成像，可與傳統的笨重的光學系統相媲美。

也就是說，超透鏡透過改變入射光的相位、振幅和偏振來實現聚焦，而無需移動透鏡本身的位置，相比傳統光學鏡頭，就省下了用於對焦的鏡組移動空間。

在傳統鏡頭結構中，體積與重量的減輕，往往伴隨著畫質的妥協，但超透鏡突破了這一限制，在急劇減輕的體積與重量下，也保持了優異的畫質。

超透鏡透過其奈米結構精確操控光波，能夠突破傳統鏡頭的衍射極限，並達到更高的解析度，同時能夠以單個透鏡校正像差、色差等傳統鏡頭需要大費周章才能解決的問題。此外，它還能夠聚焦不同波長的光，從而提升成像質量。

不過，麻省理工大學釋出的超透鏡使用的是 GSST 材質製作，這種材質還不允許可見光透過，也就是說，它目前只能用於原深感攝像頭系統或是背面影像模組中的 ToF 鏡頭。

所幸，超透鏡這種可能影響光學設計的技術，也並非麻省理工大學一家在研究。

2022 年，中科院物理所在《Nature Communications》釋出了一項超透鏡的新成果，實現了可見光頻段多路複用的主動變焦超透鏡。

這個超透鏡則代表著另一個方向上的突破：可以透過改變自身形態來切換焦距，並支援我們肉眼可見的光學成像。

▲ 圖片來自 @中國科學院物理研究所

根據 QYResearch 釋出的《Global Metalens Market Insights》報告預測，全球 Metalens（超透鏡）市場預計將從 2024 年的 4184 萬美元增長到 2030 年的 14 億美元，預測期內複合年增長率 (CAGR) 為 79.51%，其中中國市場佔據了 6.4526 億美元，也側面印證了這個新技術的前景。