文｜昆仲資本 

想象一下，沉甸甸的單反相機(jī)能夠輕如羽毛，薄得就像一張紙。你會(huì)懷疑，這是怎么做到的？答案就是：超透鏡（MetaLens）。

這不僅是未來(lái)的幻想，而是科學(xué)正努力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。如今，科學(xué)家們正利用納米光學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)光進(jìn)行控制，讓進(jìn)來(lái)的光投射到它該在的地方，這項(xiàng)被稱(chēng)為“超透鏡”的技術(shù)有望徹底顛覆傳統(tǒng)光學(xué)。

可以說(shuō)，超透鏡像一位悄無(wú)聲息的魔術(shù)師，用微觀的“魔法天線(xiàn)”重新編排了光的舞蹈。不同于傳統(tǒng)透鏡那種依賴(lài)幾何形狀的粗暴方式，超透鏡像一個(gè)精致的音樂(lè)盒，每一個(gè)微小元素都像琴鍵一樣，能夠準(zhǔn)確地引導(dǎo)光線(xiàn)走向我們期望的方向。

現(xiàn)在，將這個(gè)畫(huà)面從相機(jī)擴(kuò)展到手術(shù)室、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、甚至遠(yuǎn)征火星的探測(cè)器上。醫(yī)生可以通過(guò)更輕便的內(nèi)窺鏡進(jìn)行更精確的檢查，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能更準(zhǔn)確地識(shí)別前方的障礙物，火星探測(cè)器能在更輕巧的設(shè)備下獲得更清晰的星體圖像。

在這個(gè)由超透鏡塑造的全新世界里，會(huì)帶來(lái)哪些變化？

1. 對(duì)超透鏡的探索：十年磨一劍

超透鏡，正式名稱(chēng)為超構(gòu)透鏡或超表面結(jié)構(gòu)透鏡，是一種運(yùn)用先進(jìn)的光學(xué)原理和納米工藝制造出的二維平面透鏡。與傳統(tǒng)的透鏡相比，超透鏡采用了所謂的“超表面”——這是一種具有亞波長(zhǎng)厚度的平面二維超材料。其核心機(jī)制在于通過(guò)改變光的相位、振幅和偏振，以此達(dá)成特定的成像或其他光學(xué)效應(yīng)。

超表面作為超透鏡的關(guān)鍵組成部分，實(shí)質(zhì)上是一種微納結(jié)構(gòu)的二維平面。通過(guò)精準(zhǔn)地調(diào)整這些微納結(jié)構(gòu)（如結(jié)構(gòu)的形狀、旋轉(zhuǎn)方向、高度等），科學(xué)家能夠?qū)θ肷涔獾母鞣N屬性進(jìn)行高度特定的調(diào)控。這意味著，與傳統(tǒng)的多透鏡組系統(tǒng)相比，超透鏡能夠在一個(gè)極薄的層面上完成復(fù)雜的光學(xué)操作。

關(guān)于平面超透鏡的研究從十年前就開(kāi)始了，哈佛大學(xué)Federico Capasso教授團(tuán)隊(duì)從2011年起開(kāi)始引領(lǐng)超透鏡的科研發(fā)展方向并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化嘗試，于2012年發(fā)表了基于納米單元結(jié)構(gòu)的超構(gòu)表面透鏡設(shè)計(jì)，并于2016年發(fā)表了在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)工作的超透鏡，還成功登上了《Science》的封面。

據(jù)了解，他們?cè)O(shè)計(jì)的這款超透鏡可以將光聚焦到一個(gè)直徑約400nm的點(diǎn)上。與傳統(tǒng)透鏡相比，Capasso教授團(tuán)隊(duì)使用了一種特殊的結(jié)構(gòu)，具有多個(gè)波導(dǎo)（引導(dǎo)電磁波的結(jié)構(gòu)）——類(lèi)似微小的柱子——由二氧化鈦（TiO2）制成的約600nm長(zhǎng)的特定圖案排列而成，將這種波導(dǎo)稱(chēng)為“納米鰭”。

可以說(shuō)，從相位梯度、廣義折-反射模型到全介質(zhì)、高透過(guò)率的超構(gòu)透鏡，再到單層平面超透鏡真正研發(fā)出來(lái)，已經(jīng)經(jīng)歷了10年多的時(shí)間。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，相對(duì)于傳統(tǒng)透鏡來(lái)說(shuō)，超透鏡主要優(yōu)勢(shì)集中在三點(diǎn)：輕薄、便宜、高效。

1. 尺寸與重量

相較于傳統(tǒng)透鏡的厚度通常在毫米至分米之間，超透鏡的厚度僅為百納米至微米級(jí)，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲的五十分之一。因其體積小、重量輕，使得超透鏡在高度緊湊的光學(xué)系統(tǒng)中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

2. 成本效益

傳統(tǒng)透鏡的生產(chǎn)通常涉及復(fù)雜的研磨和拋光過(guò)程，而超透鏡則通過(guò)半導(dǎo)體芯片工藝進(jìn)行大批量生產(chǎn)，大大降低了生產(chǎn)成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大批量生產(chǎn)的超透鏡成本僅為傳統(tǒng)透鏡的25%。

3. 靈活性與集成性

由于其二維平面結(jié)構(gòu)，超透鏡更容易與其他電子和光學(xué)組件集成，這一特點(diǎn)為各種高精度、小型化的光學(xué)應(yīng)用打開(kāi)了新的可能。

2. MR眼鏡VS自動(dòng)駕駛：誰(shuí)會(huì)成為第一個(gè)“吃螃蟹的人”？

如今，超透鏡正在多個(gè)領(lǐng)域展示出其強(qiáng)大的應(yīng)用潛力，主要可落地在超分辨顯微成像、全息光學(xué)、消色差透鏡等方面。作為一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)，超透鏡不僅有可能改變我們與世界互動(dòng)的方式，更有潛力引領(lǐng)整個(gè)光學(xué)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。

VR/AR行業(yè)可能“首當(dāng)其沖”。根據(jù)天風(fēng)國(guó)際分析師郭明錤在今年四月份的推文表示，“供應(yīng)鏈預(yù)計(jì)將在2024年量產(chǎn)Apple的Metalens，預(yù)計(jì)用于取代iPad的Face ID Tx的塑料鏡頭”。也就是說(shuō)，蘋(píng)果公司正在開(kāi)發(fā)超透鏡技術(shù)（Metalens），以取代設(shè)備中的塑料鏡片，而該技術(shù)將最先適用于Face ID上，然后是相機(jī)鏡頭，最終是AR眼鏡。

盡管蘋(píng)果當(dāng)前推出的產(chǎn)品是以空間計(jì)算技術(shù)（OST）為主的Vision Pro，但蘋(píng)果AR眼鏡向來(lái)被認(rèn)為可能是蘋(píng)果公司未來(lái)最具潛力和影響力的產(chǎn)品之一，也是蘋(píng)果公司進(jìn)入下一個(gè)十年的重要布局。

但制造一款符合市場(chǎng)需求的AR眼鏡并非易事，因其需滿(mǎn)足一系列復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)，包括但不限于輕量級(jí)、舒適度、外觀設(shè)計(jì)、持久性、安全性及智能交互。其中，光學(xué)技術(shù)的瓶頸尤為明顯。

透鏡作為AR眼鏡的關(guān)鍵組件，負(fù)責(zé)將顯示圖像高效聚焦至用戶(hù)視網(wǎng)膜，以實(shí)現(xiàn)清晰、真實(shí)的視覺(jué)體驗(yàn)。目前市面上大多數(shù)AR眼鏡仍依賴(lài)體積龐大、重量較重的曲面透鏡，這不僅對(duì)產(chǎn)品的便攜性造成限制，還可能導(dǎo)致色差、視場(chǎng)畸變和視疲勞等問(wèn)題。

這也是為什么蘋(píng)果會(huì)選擇研發(fā)超透鏡技術(shù)，因?yàn)樵摷夹g(shù)不僅可以解決XR產(chǎn)品的光學(xué)問(wèn)題，還能解決各類(lèi)電子數(shù)碼產(chǎn)品，如手機(jī)，相機(jī)等產(chǎn)品的光學(xué)鏡頭凸出問(wèn)題，優(yōu)化光學(xué)。

自動(dòng)駕駛領(lǐng)域也在超透鏡的研發(fā)中加快了步伐。

據(jù)了解，LG和三星正在研發(fā)超透鏡，計(jì)劃將其用于汽車(chē)自動(dòng)駕駛的超薄攝像頭。

LG集團(tuán)旗下負(fù)責(zé)攝像頭開(kāi)發(fā)的子公司LG Innotek， 表示正在開(kāi)發(fā)一種厚度僅有普通玻璃或塑料透鏡萬(wàn)分之一的超透鏡。LG Innotek首席技術(shù)官（CTO）Kang Min-seok也在采訪(fǎng)中表示：“我們希望利用超構(gòu)透鏡代替折射透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)超薄攝像頭。汽車(chē)是我們首個(gè)應(yīng)用目標(biāo)，后續(xù)還將用于各種移動(dòng)產(chǎn)品和相機(jī)?！?/p>

2021年，三星也像LG一樣在同一個(gè)論壇上證實(shí)正在研究超透鏡，并為超透鏡的商業(yè)化做準(zhǔn)備工作。

盡管當(dāng)前超透鏡正處于從科研實(shí)驗(yàn)室到規(guī)?；慨a(chǎn)探索的初期，但去年以來(lái)，早期創(chuàng)業(yè)圈已經(jīng)提前對(duì)超透鏡技術(shù)進(jìn)行了布局。

2022年6月，超表面光子芯片商天津山河光電科技有限公司宣布已完成由舜宇產(chǎn)業(yè)基金和經(jīng)緯創(chuàng)投聯(lián)合領(lǐng)投，老股東中科創(chuàng)星持續(xù)跟投的數(shù)千萬(wàn)元Pre-A輪融資；

今年4月，專(zhuān)注于為AR眼鏡研發(fā)硅基光學(xué)超透鏡的Imagia宣布，已完成由Gates Frontier領(lǐng)投，MetaVC Partners和其他投資者參投的450萬(wàn)美元融資。

2022年10月，Metalenz也宣布完成了由Neotribe Ventures領(lǐng)投的3000萬(wàn)美元B輪融資。這家公司是由超表面光學(xué)技術(shù)的發(fā)明者——哈佛大學(xué)Federico Capasso教授的課題組孵化并拆分成立的公司，于2017年成立，目前商業(yè)化進(jìn)展最快。2023年6月聯(lián)華電子宣布已在其位于新加坡的12英寸晶圓制造廠(chǎng)投產(chǎn)Metalenz超構(gòu)表面制造工藝，OEM的首批商業(yè)終端產(chǎn)品將從2023年第三季度開(kāi)始出貨。

3. 昆仲觀點(diǎn)：看好超透鏡在消費(fèi)電子賽道的率先應(yīng)用

超透鏡技術(shù)在輕便性、成本效益和高效性方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，理論上有能力取代目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)光學(xué)透鏡系統(tǒng)。

然而，由于當(dāng)前制造工藝的局限性以及在解決可見(jiàn)光及更高頻率光的色散方面基礎(chǔ)理論的不足，超透鏡技術(shù)主要還是局限于紅外光范疇的應(yīng)用，例如在光譜儀和ToF（Time-of-Flight）模組中。

在昆仲投研團(tuán)隊(duì)看來(lái)，預(yù)計(jì)在未來(lái)2-3年內(nèi)，超透鏡將首先在消費(fèi)電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。

這是因?yàn)?，隨著“大廠(chǎng)”對(duì)超透鏡的規(guī)模化應(yīng)用，超透鏡工藝將更加穩(wěn)定且成本可控，并且也有機(jī)會(huì)拓展更多創(chuàng)新功能，比如利用超透鏡獲取偏振信息，可用于目標(biāo)材料屬性的識(shí)別，未來(lái)有望應(yīng)用于掃地機(jī)器人等的精細(xì)避障等場(chǎng)景。

實(shí)際上，昆仲已在光電領(lǐng)域投資了多家初創(chuàng)企業(yè)，這些被投企業(yè)不僅對(duì)超表面領(lǐng)域有系統(tǒng)研究，也具備深厚的技術(shù)儲(chǔ)備。昆仲期待和被投企業(yè)共同見(jiàn)證超透鏡技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程和以及產(chǎn)業(yè)的騰飛發(fā)展，昆仲也會(huì)持續(xù)關(guān)注國(guó)內(nèi)外新興的光電領(lǐng)域初創(chuàng)企業(yè)發(fā)展。

本文由昆仲資本原創(chuàng)，作者昆仲資本執(zhí)行董事Jason、投資副總裁王冠飛，編輯獅刀。