Metalens 小知識

 

from Nature.com

Metalens（超透鏡）是一種革命性的新型光學元件，它與我們日常使用的傳統曲面鏡片截然不同。簡單來說，它是一塊平坦、超薄的鏡片，但卻能像傳統鏡片一樣聚焦光線。它不是Meta (Facebook) 出的像Google Lens 的 software app. 也不是狹義的Meta AR/VR眼鏡　目前市面上的 Meta Quest VR 頭盔和 Ray-Ban Meta 智慧眼鏡（主要是 Ray-Ban Stories 的升級版）主要還是使用傳統的或混合式的光學系統。

Metalens 的運作原理

傳統的鏡片是透過曲面來彎曲光線，將其聚焦到一個點上。而Metalens則利用奈米級的微小結構來操控光線。它的表面佈滿了數百萬甚至數億個微小、被稱為「超穎原子（meta-atom）」的奈米柱狀結構。

這些超穎原子的形狀、大小和排列方式經過精密設計，能夠控制通過它們的光線的相位、振幅和偏振等屬性。透過這些奈米結構的協同作用，Metalens可以在一個平面上實現傳統鏡片需要多個曲面鏡片才能完成的光學功能。

Metalens 的優勢

  • 超薄、輕巧：Metalens的厚度只有頭髮絲的數千分之一，可以大幅縮減光學系統的體積和重量。這對於手機、VR/AR裝置等追求輕薄的產品來說至關重要。

  • 消除色像差：傳統鏡片會因為不同顏色的光線折射率不同，導致成像時出現色差。而Metalens可以透過其奈米結構設計，讓所有可見光波長都能聚焦在同一個點上，從而消除色像差。

  • 多功能性：一個單一的Metalens可以同時實現多個光學功能，例如聚焦、光束整形或偏振控制等，能取代複雜光學系統中的多個傳統元件。

主要應用與挑戰

由於其輕薄、高效能的特性，Metalens被視為未來光學技術的關鍵。目前，它的主要應用潛力包括：

  • 手機相機：讓手機鏡頭更輕薄，同時提升成像品質。

  • AR/VR頭戴裝置：大幅減輕裝置重量，提升佩戴舒適度。

  • 光學雷達（LiDAR）：用於自駕車等領域，實現更小、更精準的3D感測。

  • 醫療設備：例如內視鏡和顯微鏡，能製作出更高解析度的微型成像工具。

Metalens 的商業化應用已經開始，但主要還是集中在3D 感測和臉部辨識等特定領（主要用於單一波長的紅外光），而非全面取代我們日常使用的相機鏡頭。然而，目前Metalens的主要挑戰在於大規模量產。雖然製造技術正在發展，但要將這些奈米級結構以低成本、高良率的方式量產，仍是業界需要克服的難題。

簡而言之，Metalens正在以平面取代曲面，為光學領域帶來一場革命，未來你身邊的許多光學產品都可能因此變得更輕、更薄、更強大。

台灣在 Metalens（超透鏡）技術領域扮演著重要角色，主要有以下幾家廠商：

1. 采鈺科技 (VisEra) 6789

采鈺是 Metalens 技術在台灣的領頭羊之一，也是台積電旗下的重要子公司。它專注於光學半導體晶圓代工，尤其在影像感測器（CIS）的彩色濾光膜與微透鏡製程方面具有領先地位。

  • 技術優勢：采鈺擁有「超穎表面相關製程」，能夠在矽晶圓上直接製造奈米級的 Metalens 結構。

  • 主要應用：采鈺與國內外廠商合作，將其超透鏡技術應用於手機的 3D 感測模組、臉部辨識、擴增實境（AR）/虛擬實境（VR）裝置等，是蘋果等國際大廠的關鍵供應商之一。

  • 合作夥伴：采鈺曾與台灣的 光程研創（Artilux） 合作，共同發表 Metalens 技術，致力於推動次世代光學晶片的發展。

  • 董監持股佔67% 外資佔4.5% 本益比45 似乎已經炒了一輪了。

2. 亞光 (Asia Optical)

亞光是台灣知名的光學鏡頭大廠，也積極投入 Metalens 的研發。

  • 技術發展：亞光除了持續開發傳統鏡頭技術，如潛望式鏡頭和連續光學變焦，也將 Metalens 視為未來的技術方向。

  • 應用潛力：亞光計畫將 Metalens 技術應用於 臉部辨識解決方案，並預計在未來幾年對公司營收做出貢獻。這顯示亞光正從傳統光學製造商，轉型為具備新一代光學技術的供應商。

3. 光程研創 (Artilux)

光程研創是一家專注於矽光子技術的新創公司，在 Metalens 領域扮演技術研發的角色。

  • 技術核心：光程研創將 Metalens 技術與其矽光子技術結合，開發出用於短波紅外光（SWIR）的感測器，這對於自駕車的 LiDAR、AR/VR 的深度感測等應用至關重要。

  • 產業合作：光程研創與采鈺科技的合作，是台灣產業鏈整合 Metalens 技術的典範。

總結來說，台灣的廠商在 Metalens 領域的布局，有些是利用既有的半導體製造優勢，有些則結合光學設計能力，大立光執行長林恩平曾在法說會中證實，公司已經成功開發出 Metalens 技術，但他也坦言，「今年的量應該不會大」。這顯示大立光在技術上已經站穩腳步，但商業化和量產還需要時間。瑞儀的 Metalens 策略則從併購切入。在 2023 年收購了芬蘭的光學公司 Nanocomp，這家公司在微光學元件的奈米壓印製程技術上相當領先。接著在 2024 年初，瑞儀又宣布將收購丹麥的 NIL Technology (NILT)。NILT 是一家專注於「超穎光學元件」開發的公司，在奈米壓印製程和模具開發方面有深厚的技術。

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Interview with Moxtek


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