为什么手机镜头总要凸出来，就不能按进去吗？科学家：在按了

边肖的手机镜头不是很突出，但也不能平放在桌上。

不知道从什么时候开始，人们手机背面凸出的镜头模组变得司空见惯，再也没有人抱怨镜头为什么会凸出机身这么多没有手机壳的保护，有些手机突出的镜头模组太多，信息提醒的震动甚至会让手机从桌子上滑落从手机到现在的智能手机，这些年手机变得这么薄不能把镜片做薄一点吗

不完全是伴随着电子元件的小型化，我们逐渐步入了信息时代我们可以在比指甲盖还小的芯片上构建出堪比整座城市的复杂结构，让无数电流完全按照工程师制定的规则在纳秒时间尺度内运动可是，我们今天使用的镜头，除了在入射光量，相位差和色差等图像质量方面有所改善之外，本质上与路易·达盖尔在1839年首次拍摄人时使用的镜头是一样的就成像光学系统而言，技术上一直没有本质的进步，好像基础技术已经被直子锁死了

传统镜头在成像时，整个镜头可以等效为一个凸透镜但是镜头不能只由一个凸透镜组成，因为它有像差和色差所以镜头需要由多个镜头组成，每个镜头各司其职有的负责偏转光线，有的负责消除色差，有的负责消除畸变每一个镜头都需要经过复杂的打磨过程，组装时要求精度很高毕竟光学是人类掌握的最精密的学科做芯片的光刻机，探测引力波的激光干涉仪，都是光学仪器——精度的背后，是高昂的成本

相机被广泛使用，我们对高质量图像的需求与日俱增无论是自动驾驶还是无人机避障，都需要大量的成像数据即使现在手机镜头尺寸很小，也可以依靠流水线量产来降低成本但受限于传统光学镜片的原理，必须由多个镜片来实现，厚度和成本也无法一直降低到令人满意的程度

超级镜头

我们需要的不是镜头本身，而是镜头最终呈现在传感器上的图像如果有什么轻巧简单的结构可以替代传统镜头，那就太好了超级透镜就是这样一种光学仪器

当你看到元的时候，最先想到的就是元宇宙事实上，这个术语在材料科学领域已经使用了很长时间超透镜的超透镜也是从超材料和超曲面的概念中衍生出来的材料超越了普通材料的范畴，具有普通材料所不具备的特性超材料与其说是一种物质，不如说是一种由金属，硅，塑料等常规物质组成的特殊人造结构如果把整个结构看作一种物质，它可能具有特殊的性质，比如负折射率

由电子显微镜收集的可能的超级透镜图案的例子。

材料微观结构的尺度决定了它能与什么波长的光相互作用如果微结构达到几十或几百纳米的尺度，就是可见光的超材料同时，为了提高光的透射率，可以在二维表面上制作所有的微结构，超材料成为超表面，其中每个微结构看起来像一个微小的柱子，起到波导的作用超曲面可以改变光的传播方向用它当镜头就是超级镜头

由电子显微镜收集的可能的超级透镜图案的例子。

一般来说，光学系统需要具备聚光成像的能力光是电磁波，波有相位属性由同相电磁波组成的平面称为波前超级透镜上的微结构可以根据其形状和排列调整入射电磁波的相位，从而控制波前的形状只要超透镜的微结构把波前的形状调整到会聚的形状，它的效果就相当于一个凸透镜，可以成像

传统镜片是需要精磨的镜片，而超级镜片是超薄平面结构有厚度的镜片会因为材料对不同颜色光的折射率不同而产生色差，而超曲面因为超薄会几乎同时穿过镜片，不会产生色差它实际上是一个消色差透镜更重要的是，生产超级曲面并不是很困难微观重复结构制造能力的提高是过去几十年电子技术进步的主要推动力事实上，超级表面可以通过现有的半导体代工厂大规模生产

所以，如果hyperlens的技术已经成熟，我们只需要把感知光线的传感器，提供厚度的玻璃和弯曲光线的hyperlens叠加起来，就可以得到一个近乎完美的镜头它可以成像，没有色差，没有复杂的透镜结构，而且薄得多，成本也更低

梅塔的诅咒

可是，meta这个词似乎有一种魔力接触到的东西看起来都那么有前途，但在现实生活中到了地面似乎又有了近在咫尺的距离超级镜头技术一直给人一种噱头大于现实的感觉，很少有人能真正给出超级镜头技术的实际商用时间可是，这种现象正在迅速改变

上周，南京大学李涛团队利用超级透镜技术制造了一台超薄集成单层超级透镜阵列广角相机，成像质量优异相关结果发表在Optica杂志上MIWC相机的尺寸为1× 1× 0.3cm，视角为120°MIWC相机中的超级镜头阵列相对于之前的单个超级镜头相机，可以弥补不同超级镜头边缘的画质退化，实现更高的成像质量同时，由于相机仅由CMOS光传感器和超级透镜阵列组成，有望在量产中降低成本未来，研究团队计划将阵列中单个超级透镜的直径从0.3毫米增加到1至5毫米，从而进一步提高成像质量

拍摄人像照片时，人们往往需要大光圈带来的浅景深，模糊照片背景，突出主体但是对于数据采集来说，相机的景深越大越好能同时看到远处和近处的物体是最理想的状态来自南京大学的徐婷团队在《自然·通讯》上发表了一篇论文受三叶虫复眼的启发，他们利用超级镜头技术开发了一款双焦点镜头的超景深微型相机，可以在单张照片中清晰地成像3cm以内和1.7km以外的物体相关研究发表在《自然通讯》上

双焦点透镜成像原理示意图

罗马不是一天建成的，超级镜头的发展也需要时间现在，超曲面的发展越来越快或许我们可以期待，在超曲面技术的帮助下，我们可以回到手机镜头不突出的时代

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