iPhone 的灵动岛终于要缩小了，靠的竟然是一块镜片

爱范儿

周奕旨

31 October 2024 at 18:29

iPhone 16 系列发布的热度才过去不久，iPhone 17 的新卖点又悄然出现了。

在国产手机如火如荼的发布间隙，这个爆料显得毫不起眼：下一代的 iPhone 除了多了一个 Air 型号以外，iPhone 17 Pro Max 的灵动岛将进一步缩小。

其实看到这条消息时，我并没有太大的意外——因为灵动岛代代都在缩小，这并没有什么大不了的，但当我深入了解以后，才发现这条不起眼的消息背后，藏着的是乔布斯关于手机设计的终极愿景。

超透镜，是纳米级的镜片

要说一台 iPhone 什么地方最显眼，我想除了背后的影像模组外，就要数这块屏幕上的灵动岛了。

要想缩减这块碍眼的东西，我们需要先知道这块始终以黑色面板盖住的灵动岛是怎么来的：

2017 年，iPhone X 拉开了苹果全面屏机型的序幕。

为了保证屏占比的优势，iPhone 正面的部件迎来剧烈改动，Touch ID 随着标志性的 Home 键彻底退出舞台，一块从边框上延伸进入屏幕的区域出现了——Face ID 与自拍所用的原深感摄像头系统，以及帮助手机与外界交互的距离传感器和环境光传感器都藏在其中，组成了我们熟悉的刘海。

▲ iPhone X 刘海的内部结构

到了 iPhone 14 Pro 系列上，刘海转身一变，彻底与边框分离，在屏幕中单独盘踞成一个药丸形状，并配合从软件上定制的交互界面，成为大家熟知的灵动岛。

这一次 iPhone 17 Pro Max 上灵动岛的缩小，苹果就决定对其中的「原深感摄像头系统」动刀。

这个系统中有几大关键组成部分：红外摄像头、点阵投影仪、前置摄像头、泛光感应元件以及距离传感器和环境光传感器。

发现了吗？其中有一半的元器件，都离不开一位关键先生——摄像头。

在传统的摄像头系统中，镜头依赖于纯粹的光学设计，通过弯曲抛光玻璃或塑料材料将光线曲折并聚焦至一点，传统镜头的制造工艺成熟，佳能、尼康等公司已经在此领域深耕多年，拥有庞大的镜头群与市场份额。

▲ 传统的相机镜头，主要基于光学结构设计

不过，就算传统镜头在成像质量上已经非常成熟，但它们存在一些固有的局限性：体积与重量。

由于传统镜头需要通过物理弯曲来聚焦光线，导致镜片结构限制了镜头的最小尺寸和重量，同时传统镜头在设计上很难实现对特定波长光的精确控制，这在需要特定光谱成像的应用中是一个挑战。

超透镜技术的出现，有可能改变这一切。

2021 年，麻省理工学院发表了一份研究报告：

我们的工程师们制造出了一种可调整的「金属透镜」，它可以在不改变物理位置或形状的情况下聚焦于多个深度的物体。这种透镜不是由固体玻璃制成的，而是由一种透明的「相变」材料制成的，这种材料在加热后可以重新排列其原子结构，从而改变材料与光线的相互作用方式。

超透镜的优势中，有个特性最突出：轻量、高质。

这个轻量，可不是传统光学上的「长枪大炮」与「饼干头」对比，超透镜本身尺度是纳米级别的。

用更专业的话讲，超透镜的厚度是「亚波长厚度」——当某个结构的厚度小于电磁波的波长，它就被称为亚波长厚度。

用数字举个更清晰的例子：假设一个材料的厚度是 100 纳米，而我们处理的光波波长是 500 纳米，那么这个材料的厚度就是亚波长厚度（100 纳米 < 500 纳米）。

超透镜就是在亚波长厚度的平面二维材料上设计的，通过高精度的纳米加工技术（比如电子束光刻、飞秒激光直写光刻和纳米压印技术），可以将超透镜的厚度控制在数百纳米级别，远小于传统透镜的毫米级别。

可以说，将超透镜与传统镜头放在一起，就像一枚隐形眼镜放在哈勃望远镜的旁边。

超透镜不止本身薄，它需要的工作空间也很小。

如果你有老式镜头，你一定会留意到转动对焦环时，镜头在轻微前移或后移，这是因为在传统光学设计中，镜头想要对焦不同距离的物体，需要移动镜头组之间的镜片，才能让图像清晰。

麻省理工学院材料研究实验室科学家 Tian Gu 直接表示超透镜可以依靠自身完成对焦任务：

研究结果表明，我们的超透镜不用移动部件和位置，就能实现位于不同深度的重叠物体的无像差成像，可与传统的笨重的光学系统相媲美。

也就是说，超透镜通过改变入射光的相位、振幅和偏振来实现聚焦，而无需移动透镜本身的位置，相比传统光学镜头，就省下了用于对焦的镜组移动空间。

在传统镜头结构中，体积与重量的减轻，往往伴随着画质的妥协，但超透镜突破了这一限制，在急剧减轻的体积与重量下，也保持了优异的画质。

超透镜通过其纳米结构精确操控光波，能够突破传统镜头的衍射极限，并达到更高的分辨率，同时能够以单个透镜校正像差、色差等传统镜头需要大费周章才能解决的问题。此外，它还能够聚焦不同波长的光，从而提升成像质量。

不过，麻省理工大学发布的超透镜使用的是 GSST 材质制作，这种材质还不允许可见光通过，也就是说，它目前只能用于原深感摄像头系统或是背面影像模组中的 ToF 镜头。

所幸，超透镜这种可能影响光学设计的技术，也并非麻省理工大学一家在研究。

2022 年，中科院物理所在《Nature Communications》发布了一项超透镜的新成果，实现了可见光频段多路复用的主动变焦超透镜。

这个超透镜则代表着另一个方向上的突破：可以通过改变自身形态来切换焦距，并支持我们肉眼可见的光学成像。

▲ 图片来自 @中国科学院物理研究所

根据 QYResearch 发布的《Global Metalens Market Insights》报告预测，全球 Metalens（超透镜）市场预计将从 2024 年的 4184 万美元增长到 2030 年的 14 亿美元，预测期内复合年增长率 (CAGR) 为 79.51%，其中中国市场占据了 6.4526 亿美元，也侧面印证了这个新技术的前景。