由于摄像头需要占据一定的空间，并且更大的光学元件才能够拍摄出更好的质量，所以近年来手机摄像头模块凸起风愈演愈烈。
折射镜片是一项具有 800 年历史的技术，眼镜、相机和显微镜都是依赖透镜通过改变穿过弯曲的玻璃或塑料片的光路来重定向光的应用。然而，镜头的底层架构可能即将发生变化。
Metalenses（超材料）宣称能实现“平面透镜”，提供了彻底改变透镜系统的潜力。传统透镜依靠界面处的折射来聚焦光线，而超材料透镜（或“超透镜”）则利用精细图案化的表面来改变整个透镜的有效折射率，引入相位变化并通过干涉改变光的方向。
那么为什么对这些超材料感兴趣呢？
首先，简化供应链，加快制造速度。与玻璃透镜不同，精细图案化的超透镜可以使用传统的光刻工艺由硅晶片制成。利用既定的、高度可扩展的制造方法可以大大减少采用障碍，并且还可以简化供应链，因为镜头和图像传感器可以同时生产。
其次，手机等产品的摄像头有望不再凸起。外形是Metalenses另一个重要优势。传统镜头的聚焦能力取决于其曲率，但超透镜的工作原理意味着它们可以是平的。这减轻了镜头外壳的重量和所需尺寸，从而消除了现代智能手机常见的“相机凸起”。
这对带摄像头的笔记本电脑和平板电脑也是一个利好。
超透镜有可能实现平面透镜——这将显着减小镜头外壳的外形尺寸，从而使手机等消费电子产品的外形尺寸更薄，产品差异化。资料来源：IDTechEx
超透镜的用例超出了消费电子产品。超透镜与飞行时间深度传感器兼容，可以与用于自动驾驶汽车和机器人的 LiDAR 系统集成。超透镜也可以与点投影系统一起用于面部识别。此外，对相位进行精细空间控制的能力可以允许在低于衍射极限（即 100 纳米）的长度尺度上成像，从而实现可负担得起的高分辨率特征显微术。
Metalenz公司的相关产品已经量产，通过与全球半导体制造领导者 STMicroelectronics 的合作，于 2022 年首次在一系列消费设备中将元光学技术引入现实世界的设备中，标志着这种革命性光学技术的开始。
现状与挑战
超透镜需要解决一些技术挑战才能满足这些引人注目的应用的要求。可以说最大的困难是克服色差。目前，不同波长的光会聚焦到不同的点上，这会导致全色图像模糊。正在努力克服这一挑战，例如开发使用复杂建模软件设计的更复杂的亚波长结构或通过引入算法处理。
显然，这项技术挑战不适用于单波长系统。消费类设备的飞行时间传感器就是一个突出的例子，超透镜现在正在进入商业化阶段。随着超透镜看到进一步的技术和商业发展，它们将通过降低生产成本、紧凑的外形和低于衍射极限的成像等承诺，为小型相机和显微镜获得巨大的吸引力。
在 IDTechEx 报告“ 2023-2043 年的超材料市场：光学和射频”中，深入分析了超透镜的潜力，以评估这种新兴技术在消费电子产品中的潜力。根据对公司的采访和广泛的研究，报告评估了光学和射频超材料的技术方面，包括制造工艺、材料选择、价值主张以及基于超材料的系统与竞争技术的比较。该报告包括 20 年的市场预测，涵盖 42 条不同预测线的 14 种电磁超材料应用，以收入、表面积和产品销售量表示。
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