iPhone 16 系列發佈的熱度才過去不久,iPhone 17 的新賣點又悄然出現了。
在國產手機如火如荼的發佈間隙,這個爆料顯得毫不起眼:下一代的 iPhone 除了多了一個 Air 型號以外,iPhone 17 Pro Max 的動態島將進一步縮小。
其實看到這條消息時,我並沒有太大的意外——因為動態島代代都在縮小,這並沒有什麼大不了的,但當我深入瞭解以後,才發現這條不起眼的消息背後,藏着的是喬布斯關於手機設計的終極願景。
超透鏡,是納米級的鏡片
要説一台 iPhone 什麼地方最顯眼,我想除了背後的影像模組外,就要數這塊屏幕上的動態島了。
要想縮減這塊礙眼的東西,我們需要先知道這塊始終以黑色面板蓋住的動態島是怎麼來的:
2017 年,iPhone X 拉開了蘋果全面屏機型的序幕。
為了保證屏佔比的優勢,iPhone 正面的部件迎來劇烈改動,Touch ID 隨着標誌性的 Home 鍵徹底退出舞台,一塊從邊框上延伸進入屏幕的區域出現了——Face ID 與自拍所用的原深感攝像頭系統,以及幫助手機與外界交互的距離傳感器和環境光傳感器都藏在其中,組成了我們熟悉的劉海。
▲ iPhone X 劉海的內部結構
到了 iPhone 14 Pro 系列上,劉海轉身一變,徹底與邊框分離,在屏幕中單獨盤踞成一個藥丸形狀,並配合從軟件上定製的交互界面,成為大家熟知的動態島。
這一次 iPhone 17 Pro Max 上動態島的縮小,蘋果就決定對其中的「原深感攝像頭系統」動刀。
這個系統中有幾大關鍵組成部分:紅外攝像頭、點陣投影儀、前置攝像頭、泛光感應元件以及距離傳感器和環境光傳感器。
發現了嗎?其中有一半的元器件,都離不開一位關鍵先生——攝像頭。
在傳統的攝像頭系統中,鏡頭依賴於純粹的光學設計,通過彎曲拋光玻璃或塑料材料將光線曲折並聚焦至一點,傳統鏡頭的製造工藝成熟,佳能、尼康等公司已經在此領域深耕多年,擁有龐大的鏡頭羣與市場份額。
▲ 傳統的相機鏡頭,主要基於光學結構設計
不過,就算傳統鏡頭在成像質量上已經非常成熟,但它們存在一些固有的侷限性:體積與重量。
由於傳統鏡頭需要通過物理彎曲來聚焦光線,導致鏡片結構限制了鏡頭的最小尺寸和重量,同時傳統鏡頭在設計上很難實現對特定波長光的精確控制,這在需要特定光譜成像的應用中是一個挑戰。
超透鏡技術的出現,有可能改變這一切。
2021 年,麻省理工學院發表了一份研究報告:
超透鏡的優勢中,有個特性最突出:輕量、高質。
這個輕量,可不是傳統光學上的「長槍大炮」與「餅乾頭」對比,超透鏡本身尺度是納米級別的。
用更專業的話講,超透鏡的厚度是「亞波長厚度」——當某個結構的厚度小於電磁波的波長,它就被稱為亞波長厚度。
用數字舉個更清晰的例子:假設一個材料的厚度是 100 納米,而我們處理的光波波長是 500 納米,那麼這個材料的厚度就是亞波長厚度(100 納米 < 500 納米)。
超透鏡就是在亞波長厚度的平面二維材料上設計的,通過高精度的納米加工技術(比如電子束光刻、飛秒激光直寫光刻和納米壓印技術),可以將超透鏡的厚度控制在數百納米級別,遠小於傳統透鏡的毫米級別。
可以説,將超透鏡與傳統鏡頭放在一起,就像一枚隱形眼鏡放在哈勃望遠鏡的旁邊。
超透鏡不止本身薄,它需要的工作空間也很小。
如果你有老式鏡頭,你一定會留意到轉動對焦環時,鏡頭在輕微前移或後移,這是因為在傳統光學設計中,鏡頭想要對焦不同距離的物體,需要移動鏡頭組之間的鏡片,才能讓圖像清晰。
麻省理工學院材料研究實驗室科學家 Tian Gu 直接表示超透鏡可以依靠自身完成對焦任務:
也就是説,超透鏡通過改變入射光的相位、振幅和偏振來實現聚焦,而無需移動透鏡本身的位置,相比傳統光學鏡頭,就省下了用於對焦的鏡組移動空間。
在傳統鏡頭結構中,體積與重量的減輕,往往伴隨着畫質的妥協,但超透鏡突破了這一限制,在急劇減輕的體積與重量下,也保持了優異的畫質。
超透鏡通過其納米結構精確操控光波,能夠突破傳統鏡頭的衍射極限,並達到更高的分辨率,同時能夠以單個透鏡校正像差、色差等傳統鏡頭需要大費周章才能解決的問題。此外,它還能夠聚焦不同波長的光,從而提升成像質量。
不過,麻省理工大學發佈的超透鏡使用的是 GSST 材質製作,這種材質還不允許可見光通過,也就是説,它目前只能用於原深感攝像頭系統或是背面影像模組中的 ToF 鏡頭。
所幸,超透鏡這種可能影響光學設計的技術,也並非麻省理工大學一家在研究。
2022 年,中科院物理所在《Nature Communications》發佈了一項超透鏡的新成果,實現了可見光頻段多路複用的主動變焦超透鏡。
這個超透鏡則代表着另一個方向上的突破:可以通過改變自身形態來切換焦距,並支持我們肉眼可見的光學成像。
▲ 圖片來自 @中國科學院物理研究所
根據 QYResearch 發佈的《Global Metalens Market Insights》報告預測,全球 Metalens(超透鏡)市場預計將從 2024 年的 4184 萬美元增長到 2030 年的 14 億美元,預測期內複合年增長率 (CAGR) 為 79.51%,其中中國市場佔據了 6.4526 億美元,也側面印證了這個新技術的前景。
▲ 圖片來自 aluates Reports
iPhone 17 Pro Max,將成為超透鏡的試驗田
面對這項年輕又前沿的技術,蘋果自然也不願錯過。
去年,知名爆料人郭明錤就指出蘋果垂涎超透鏡技術並非一兩天的事情了,並已經制定了初步規劃:
如果爆料信息準確,蘋果顯然想做第一個吃「螃蟹」的人。
畢竟,如果超透鏡的性能和穩定度的確可以滿足民用設備要求,那麼在將來,iPhone 上令人頭疼的攝像頭凸起就很有可能迎來轉機,隨之而來的就是更收放自如的機身設計、更寬裕的機身內部結構。
再看遠一些,超透鏡甚至在類似於 Vision Pro、爆料中的蘋果眼鏡等下一代個人終端中,都大有可為。
按照這種展望,iPhone 17 Pro Max 上動態島縮小,就是蘋果為超透鏡準備的第一塊試驗田。
不過別高興太早,按照蘋果的慣例,與動態島變小一起迎來的,可能是動態島維修價格的再次提升——要知道,目前 iPhone 15 系列動態島出現損壞的保外維修報價,屬於「其他損壞」,價格在 4399 元至 5699 元之間,已經十分昂貴。
同時,蘋果的刀法依然階級分明,這些更改將僅適用於 iPhone 17 的 Pro Max 版本,而較小的 Pro 將保持當前的大小。
喬布斯曾提起過自己想象中的 iPhone:
從最早 2010 年收購 PolarRose,到 2013 年收購 PrimeSense,再通過多年的內部整合優化,用 Face ID 代替 Touch ID,最終催生了現在 iPhone 的雛形——iPhone X,都是蘋果追求這塊魔力玻璃所做的努力。
▲ iPad 與使用 PrimeSense 3D 傳感技術的 Structure Sensor
喬布斯的願景的確沒錯,沒有人能拒絕一塊「魔力玻璃」,諸如 iPhone X、小米 MIX 等探索全面屏的手機都取得了一定的成功——人們欣賞那些敢於踏出第一步的創新者。
從 iPhone 4 到 iPhone 16,再從劉海到動態島,iPhone 已經走過了十幾年的路程,終於籍由超透鏡,迎來了向最終形態再邁一大步的可能。
資料來源:愛範兒(ifanr)
在國產手機如火如荼的發佈間隙,這個爆料顯得毫不起眼:下一代的 iPhone 除了多了一個 Air 型號以外,iPhone 17 Pro Max 的動態島將進一步縮小。
其實看到這條消息時,我並沒有太大的意外——因為動態島代代都在縮小,這並沒有什麼大不了的,但當我深入瞭解以後,才發現這條不起眼的消息背後,藏着的是喬布斯關於手機設計的終極願景。
超透鏡,是納米級的鏡片
要説一台 iPhone 什麼地方最顯眼,我想除了背後的影像模組外,就要數這塊屏幕上的動態島了。
要想縮減這塊礙眼的東西,我們需要先知道這塊始終以黑色面板蓋住的動態島是怎麼來的:
2017 年,iPhone X 拉開了蘋果全面屏機型的序幕。
為了保證屏佔比的優勢,iPhone 正面的部件迎來劇烈改動,Touch ID 隨着標誌性的 Home 鍵徹底退出舞台,一塊從邊框上延伸進入屏幕的區域出現了——Face ID 與自拍所用的原深感攝像頭系統,以及幫助手機與外界交互的距離傳感器和環境光傳感器都藏在其中,組成了我們熟悉的劉海。
▲ iPhone X 劉海的內部結構
到了 iPhone 14 Pro 系列上,劉海轉身一變,徹底與邊框分離,在屏幕中單獨盤踞成一個藥丸形狀,並配合從軟件上定製的交互界面,成為大家熟知的動態島。
這一次 iPhone 17 Pro Max 上動態島的縮小,蘋果就決定對其中的「原深感攝像頭系統」動刀。
這個系統中有幾大關鍵組成部分:紅外攝像頭、點陣投影儀、前置攝像頭、泛光感應元件以及距離傳感器和環境光傳感器。
發現了嗎?其中有一半的元器件,都離不開一位關鍵先生——攝像頭。
在傳統的攝像頭系統中,鏡頭依賴於純粹的光學設計,通過彎曲拋光玻璃或塑料材料將光線曲折並聚焦至一點,傳統鏡頭的製造工藝成熟,佳能、尼康等公司已經在此領域深耕多年,擁有龐大的鏡頭羣與市場份額。
▲ 傳統的相機鏡頭,主要基於光學結構設計
不過,就算傳統鏡頭在成像質量上已經非常成熟,但它們存在一些固有的侷限性:體積與重量。
由於傳統鏡頭需要通過物理彎曲來聚焦光線,導致鏡片結構限制了鏡頭的最小尺寸和重量,同時傳統鏡頭在設計上很難實現對特定波長光的精確控制,這在需要特定光譜成像的應用中是一個挑戰。
超透鏡技術的出現,有可能改變這一切。
2021 年,麻省理工學院發表了一份研究報告:
引用我們的工程師們製造出了一種可調整的「金屬透鏡」,它可以在不改變物理位置或形狀的情況下聚焦於多個深度的物體。這種透鏡不是由固體玻璃製成的,而是由一種透明的「相變」材料製成的,這種材料在加熱後可以重新排列其原子結構,從而改變材料與光線的相互作用方式。
超透鏡的優勢中,有個特性最突出:輕量、高質。
這個輕量,可不是傳統光學上的「長槍大炮」與「餅乾頭」對比,超透鏡本身尺度是納米級別的。
用更專業的話講,超透鏡的厚度是「亞波長厚度」——當某個結構的厚度小於電磁波的波長,它就被稱為亞波長厚度。
用數字舉個更清晰的例子:假設一個材料的厚度是 100 納米,而我們處理的光波波長是 500 納米,那麼這個材料的厚度就是亞波長厚度(100 納米 < 500 納米)。
超透鏡就是在亞波長厚度的平面二維材料上設計的,通過高精度的納米加工技術(比如電子束光刻、飛秒激光直寫光刻和納米壓印技術),可以將超透鏡的厚度控制在數百納米級別,遠小於傳統透鏡的毫米級別。
可以説,將超透鏡與傳統鏡頭放在一起,就像一枚隱形眼鏡放在哈勃望遠鏡的旁邊。
超透鏡不止本身薄,它需要的工作空間也很小。
如果你有老式鏡頭,你一定會留意到轉動對焦環時,鏡頭在輕微前移或後移,這是因為在傳統光學設計中,鏡頭想要對焦不同距離的物體,需要移動鏡頭組之間的鏡片,才能讓圖像清晰。
麻省理工學院材料研究實驗室科學家 Tian Gu 直接表示超透鏡可以依靠自身完成對焦任務:
引用研究結果表明,我們的超透鏡不用移動部件和位置,就能實現位於不同深度的重疊物體的無像差成像,可與傳統的笨重的光學系統相媲美。
也就是説,超透鏡通過改變入射光的相位、振幅和偏振來實現聚焦,而無需移動透鏡本身的位置,相比傳統光學鏡頭,就省下了用於對焦的鏡組移動空間。
在傳統鏡頭結構中,體積與重量的減輕,往往伴隨着畫質的妥協,但超透鏡突破了這一限制,在急劇減輕的體積與重量下,也保持了優異的畫質。
超透鏡通過其納米結構精確操控光波,能夠突破傳統鏡頭的衍射極限,並達到更高的分辨率,同時能夠以單個透鏡校正像差、色差等傳統鏡頭需要大費周章才能解決的問題。此外,它還能夠聚焦不同波長的光,從而提升成像質量。
不過,麻省理工大學發佈的超透鏡使用的是 GSST 材質製作,這種材質還不允許可見光通過,也就是説,它目前只能用於原深感攝像頭系統或是背面影像模組中的 ToF 鏡頭。
所幸,超透鏡這種可能影響光學設計的技術,也並非麻省理工大學一家在研究。
2022 年,中科院物理所在《Nature Communications》發佈了一項超透鏡的新成果,實現了可見光頻段多路複用的主動變焦超透鏡。
這個超透鏡則代表着另一個方向上的突破:可以通過改變自身形態來切換焦距,並支持我們肉眼可見的光學成像。
▲ 圖片來自 @中國科學院物理研究所
根據 QYResearch 發佈的《Global Metalens Market Insights》報告預測,全球 Metalens(超透鏡)市場預計將從 2024 年的 4184 萬美元增長到 2030 年的 14 億美元,預測期內複合年增長率 (CAGR) 為 79.51%,其中中國市場佔據了 6.4526 億美元,也側面印證了這個新技術的前景。
▲ 圖片來自 aluates Reports
iPhone 17 Pro Max,將成為超透鏡的試驗田
面對這項年輕又前沿的技術,蘋果自然也不願錯過。
去年,知名爆料人郭明錤就指出蘋果垂涎超透鏡技術並非一兩天的事情了,並已經制定了初步規劃:
- 逐漸降低目前對塑料鏡頭的依賴度;
- 控制超透鏡的生產使用成本;
- 最早 2026 年在 Apple Vision Pro 或後續產品中大量應用超透鏡;
如果爆料信息準確,蘋果顯然想做第一個吃「螃蟹」的人。
畢竟,如果超透鏡的性能和穩定度的確可以滿足民用設備要求,那麼在將來,iPhone 上令人頭疼的攝像頭凸起就很有可能迎來轉機,隨之而來的就是更收放自如的機身設計、更寬裕的機身內部結構。
再看遠一些,超透鏡甚至在類似於 Vision Pro、爆料中的蘋果眼鏡等下一代個人終端中,都大有可為。
按照這種展望,iPhone 17 Pro Max 上動態島縮小,就是蘋果為超透鏡準備的第一塊試驗田。
不過別高興太早,按照蘋果的慣例,與動態島變小一起迎來的,可能是動態島維修價格的再次提升——要知道,目前 iPhone 15 系列動態島出現損壞的保外維修報價,屬於「其他損壞」,價格在 4399 元至 5699 元之間,已經十分昂貴。
同時,蘋果的刀法依然階級分明,這些更改將僅適用於 iPhone 17 的 Pro Max 版本,而較小的 Pro 將保持當前的大小。
喬布斯曾提起過自己想象中的 iPhone:
引用我希望手機能夠像一塊「充滿魔力的玻璃」,簡潔、輕薄、沒有多餘的元素。
從最早 2010 年收購 PolarRose,到 2013 年收購 PrimeSense,再通過多年的內部整合優化,用 Face ID 代替 Touch ID,最終催生了現在 iPhone 的雛形——iPhone X,都是蘋果追求這塊魔力玻璃所做的努力。
▲ iPad 與使用 PrimeSense 3D 傳感技術的 Structure Sensor
喬布斯的願景的確沒錯,沒有人能拒絕一塊「魔力玻璃」,諸如 iPhone X、小米 MIX 等探索全面屏的手機都取得了一定的成功——人們欣賞那些敢於踏出第一步的創新者。
從 iPhone 4 到 iPhone 16,再從劉海到動態島,iPhone 已經走過了十幾年的路程,終於籍由超透鏡,迎來了向最終形態再邁一大步的可能。
資料來源:愛範兒(ifanr)
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