iPhone的灵动岛终于要缩小了,靠的竟然是一块镜片(组图)
新闻来源: 爱范儿 于2024-10-31 17:50:29 提示:新闻观点不代表本网立场 分享
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
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。
图片来自 aluates Reports
iPhone 17 Pro Max,将成为超透镜的试验田面对这项年轻又前沿的技术,苹果自然也不愿错过。
去年,知名爆料人郭明錤就指出苹果垂涎超透镜技术并非一两天的事情了,并已经制定了初步规划:
逐渐降低目前对塑料镜头的依赖度;控制超透镜的生产使用成本;最早 2026 年在 Apple Vision Pro 或后续产品中大量应用超透镜;如果爆料信息准确,苹果显然想做第一个吃「螃蟹」的人。
毕竟,如果超透镜的性能和稳定度的确可以满足民用设备要求,那么在将来,iPhone 上令人头疼的摄像头凸起就很有可能迎来转机,随之而来的就是更收放自如的机身设计、更宽裕的机身内部结构。
再看远一些,超透镜甚至在类似于 Vision Pro、爆料中的苹果眼镜等下一代个人终端中,都大有可为。
按照这种展望,iPhone 17 Pro Max 上灵动岛缩小,就是苹果为超透镜准备的第一块试验田。
不过别高兴太早,按照苹果的惯例,与灵动岛变小一起迎来的,可能是灵动岛维修价格的再次提升——要知道,目前 iPhone 15 系列灵动岛出现损坏的保外维修报价,属于「其他损坏」,价格在 4399 元至 5699 元之间,已经十分昂贵。
同时,苹果的刀法依然阶级分明,这些更改将仅适用于 iPhone 17 的 Pro Max 版本,而较小的 Pro 将保持当前的大小。
乔布斯曾提起过自己想象中的 iPhone:
我希望手机能够像一块「充满魔力的玻璃」,简洁、轻薄、没有多余的元素。
从最早 2010 年收购 PolarRose,到 2013 年收购 PrimeSense,再通过多年的内部整合优化,用 Face ID 代替 Touch ID,最终催生了现在 iPhone 的雏形——iPhone X,都是苹果追求这块魔力玻璃所做的努力。
iPad 与使用 PrimeSense 3D 传感技术的 Structure Sensor
乔布斯的愿景的确没错,没有人能拒绝一块「魔力玻璃」,诸如 iPhone X、小米 MIX 等探索全面屏的手机都取得了一定的成功——人们欣赏那些敢于踏出第一步的创新者。
从 iPhone 4 到 iPhone 16,再从刘海到灵动岛,iPhone 已经走过了十几年的路程,终于籍由超透镜,迎来了向最终形态再迈一大步的可能。
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
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。
图片来自 aluates Reports
iPhone 17 Pro Max,将成为超透镜的试验田面对这项年轻又前沿的技术,苹果自然也不愿错过。
去年,知名爆料人郭明錤就指出苹果垂涎超透镜技术并非一两天的事情了,并已经制定了初步规划:
逐渐降低目前对塑料镜头的依赖度;控制超透镜的生产使用成本;最早 2026 年在 Apple Vision Pro 或后续产品中大量应用超透镜;如果爆料信息准确,苹果显然想做第一个吃「螃蟹」的人。
毕竟,如果超透镜的性能和稳定度的确可以满足民用设备要求,那么在将来,iPhone 上令人头疼的摄像头凸起就很有可能迎来转机,随之而来的就是更收放自如的机身设计、更宽裕的机身内部结构。
再看远一些,超透镜甚至在类似于 Vision Pro、爆料中的苹果眼镜等下一代个人终端中,都大有可为。
按照这种展望,iPhone 17 Pro Max 上灵动岛缩小,就是苹果为超透镜准备的第一块试验田。
不过别高兴太早,按照苹果的惯例,与灵动岛变小一起迎来的,可能是灵动岛维修价格的再次提升——要知道,目前 iPhone 15 系列灵动岛出现损坏的保外维修报价,属于「其他损坏」,价格在 4399 元至 5699 元之间,已经十分昂贵。
同时,苹果的刀法依然阶级分明,这些更改将仅适用于 iPhone 17 的 Pro Max 版本,而较小的 Pro 将保持当前的大小。
乔布斯曾提起过自己想象中的 iPhone:
我希望手机能够像一块「充满魔力的玻璃」,简洁、轻薄、没有多余的元素。
从最早 2010 年收购 PolarRose,到 2013 年收购 PrimeSense,再通过多年的内部整合优化,用 Face ID 代替 Touch ID,最终催生了现在 iPhone 的雏形——iPhone X,都是苹果追求这块魔力玻璃所做的努力。
iPad 与使用 PrimeSense 3D 传感技术的 Structure Sensor
乔布斯的愿景的确没错,没有人能拒绝一块「魔力玻璃」,诸如 iPhone X、小米 MIX 等探索全面屏的手机都取得了一定的成功——人们欣赏那些敢于踏出第一步的创新者。
从 iPhone 4 到 iPhone 16,再从刘海到灵动岛,iPhone 已经走过了十几年的路程,终于籍由超透镜,迎来了向最终形态再迈一大步的可能。
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网编:睿文 |
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