不知何時(shí)起，手機(jī)廠商的影像大戰(zhàn)逐步推動(dòng)手機(jī)鏡頭不斷凸出于機(jī)身后部。從iPhone6s的0.7MM，到小米10Pro的2.68MM，再到iPhone 13 Pro max的3.89MM，甚至于到小米11 ultra的4.86MM——還有傳聞報(bào)道，由于小米12ultra可能運(yùn)用IMX989大底（規(guī)格1/1.1寸），使得小米12ultra背部激凸5.2MM——不知何時(shí)，手機(jī)背部鏡頭只是從微凸，變成現(xiàn)在的激凸半個(gè)機(jī)身的厚度——為了契合目前手機(jī)廠商日益激烈的大底競爭，手機(jī)被迫越做越重，越做越厚，鏡頭處激凸越來越多。這不禁把手機(jī)廠商帶到了下一個(gè)岔路口——手機(jī)下一部戰(zhàn)爭是繼續(xù)把手機(jī)做厚做凸刷分DxOMark，還是回歸本真——利用中底+計(jì)算攝影來達(dá)到?jīng)]有計(jì)算攝影的大底的效果？

華為在發(fā)布p50之前，顯然已經(jīng)遇到了這樣一個(gè)瓶頸。其發(fā)布的p40Pro+智能手機(jī)，已經(jīng)盡可能的將內(nèi)部的空間壓縮殆盡，不惜采用異型主板、以及至今沒有一部手機(jī)能超越的迄今最高效的元器件排列密度，并為了縮減模組體積，不惜下重金采用多反射式潛望鏡鏡組，以壓縮體積（p40Pro+的多反射式鏡組比同等光圈的單棱鏡反射式傳統(tǒng)10倍鏡組，體積節(jié)省44%，且在焦距翻倍的情況下最近對(duì)焦距離不變），以此來在72MM寬的機(jī)身內(nèi)，塞下大底雙主攝，2顆長焦鏡頭和tof鏡頭，這種瘋狂的堆料是以前所未曾見過的。到了下一代p50，華為面臨著一個(gè)問題：是否要采取增大手機(jī)體積的方式，堆下更猛的相機(jī)模組，還是維持輕??？

華為顯然選擇了后者，但是是以一種無可奈何的方式。其當(dāng)然有堆料機(jī)（搭配1寸底，p50Pro同款潛望鏡接力鏡組，IMX718自由曲面超廣角，以及20倍多反射式光變的p50Pro+工程機(jī)存在），不過寬度達(dá)到了76.5MM，厚度來到了9.2MM，再堆料下去，已經(jīng)沒有多少空間可以利用。所以，擺在華為影像實(shí)驗(yàn)室面前的只有兩條路：p60系列繼續(xù)犧牲厚度（否則維持p50Pro+的配置會(huì)在友商的競爭下落后）和寬度，也就是犧牲手感做最頂級(jí)堆料機(jī)，或者使用計(jì)算光學(xué)。

但是，有沒有第三條路可以走？一般的，光學(xué)設(shè)計(jì)都強(qiáng)烈依賴于透鏡材料——一般的透鏡材料折射率有限，因此為了把光線偏折到一定的角度，透鏡必須要有一定的厚度才可以做到——這也就是為何，大底傳感器物理焦距大，折射它的鏡組就必須要厚的原因——并且還不止這一點(diǎn)，傳統(tǒng)透鏡存在著非常多的問題——因?yàn)橥哥R對(duì)不同波長的光線折射率不同，導(dǎo)致光通過透鏡后會(huì)出現(xiàn)色散——因此，為了實(shí)現(xiàn)高解析力和低色散，就必須要多片鏡片進(jìn)行組合，以達(dá)到消色散的目的——這也是為何目前手機(jī)主鏡頭多采用7p，乃至8p鏡片設(shè)計(jì)的原因。而較多的鏡片片數(shù)，也是智能手機(jī)鏡頭鏡組如此之厚的最主要原因（當(dāng)然，長焦鏡頭，由于焦距長，透鏡對(duì)光線的偏折小，色散小，因此不需要像主攝一樣做如此多的p數(shù)，一般5p或者1g2p已經(jīng)足夠）。

華為為了解決這一問題，和南京大學(xué)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，設(shè)計(jì)為了解決智能手機(jī)鏡組如此之厚的主要問題的新一代鏡組——贗鏡頭（metalens）。贗鏡頭并不是一種鏡片——沒有透鏡結(jié)構(gòu)，但是它采用超微觀表面技術(shù)，通過一定的近光學(xué)波陣面結(jié)構(gòu)，通過這些尺度在nm量級(jí)的波陣面結(jié)構(gòu)對(duì)光進(jìn)行干涉衍射效應(yīng)，從而匯聚光線——達(dá)到類似于透鏡的效果。

而贗鏡頭的作用或者說優(yōu)點(diǎn)還不止于此。贗鏡頭由于其沒有厚度，故而其對(duì)各種顏色的光線折射率幾乎一致——也就避免了色散問題。并且，通過設(shè)計(jì)不同區(qū)域的微結(jié)構(gòu)的曲率，分布以及角度，以控制贗鏡頭的局域折射率，可以有效的控制場曲和彗差——這其中的意味不言自明，意味著目前智能手機(jī)所需的1/1.28寸大底只需要一片贗鏡頭，就可以實(shí)現(xiàn)高畫質(zhì)成像。而贗鏡頭的厚度很薄，因此在對(duì)焦過程中，需要的能量很少，故而可以實(shí)現(xiàn)極致輕薄和省電。

?除此之外，贗鏡頭的成本也會(huì)極致之低——這種微結(jié)構(gòu)高度重復(fù)性和有規(guī)律，意味著在一塊厚度為幾十微米或者100μm的玻璃表面蝕刻這種結(jié)構(gòu)成為可能。進(jìn)入半導(dǎo)體加工時(shí)代，在表面蝕刻大量有規(guī)律的微結(jié)構(gòu)是人類最擅長的工作。隨便幾個(gè)半導(dǎo)體加工廠就可以蝕刻這種結(jié)構(gòu)，而且用到的東西也一致——光刻機(jī)，光刻膠，掩模，基板，蝕刻液（對(duì)于玻璃基材，蝕刻液甚至可以采用氫氟酸）等等。比起當(dāng)前智能手機(jī)，尤其是對(duì)于高分辨率鏡頭（例如小米10 Pro智能手機(jī)所搭載的1.08億像素高分辨率鏡頭，以及華為p40Pro+所用的10倍光學(xué)變焦長焦鏡頭）各個(gè)鏡片微米乃至納米（小米10 Pro智能手機(jī)鏡片精度約為200nm，組裝光軸精度2μm；華為p40Pro+超長焦鏡頭鏡片精度為50nm，組裝光軸精度400nm）級(jí)別精度的現(xiàn)代高分辨率智能手機(jī)鏡頭，以及在這種樹脂鏡片制模過程中的高精度所導(dǎo)致的高成本而言，這種贗鏡頭的成本低的令人發(fā)指——單片“鏡片”的成本就已經(jīng)低于現(xiàn)代高分辨率鏡頭鏡組中單獨(dú)一片鏡片了，而在現(xiàn)代高分辨率鏡組中，需要8片這樣的鏡片，而贗鏡頭只需要一片。尤其是——贗鏡頭的精度遠(yuǎn)低于當(dāng)前半導(dǎo)體工藝，比如半導(dǎo)體工藝要求目前12-inch 晶圓上不得有大于3顆直徑大于20nm的顆粒，但是贗鏡頭精度不但大約相當(dāng)于45nm制程的半導(dǎo)體工藝，而且對(duì)雜質(zhì)的敏感程度也不高——就算是有0.1%的面積覆蓋雜質(zhì)，贗鏡頭依然能夠忽略雜散光的影響呈現(xiàn)出高質(zhì)量圖像，因而現(xiàn)代半導(dǎo)體廠的淘汰落后產(chǎn)能就可以轉(zhuǎn)而生產(chǎn)這種贗鏡頭，甚至于諸如索尼等廠商生產(chǎn)微透鏡（一種在CMOS像素表面覆蓋的光學(xué)結(jié)構(gòu)，為了提升CMOS對(duì)光的利用率而做）的工藝稍加改進(jìn)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這類結(jié)構(gòu)的制造。

而當(dāng)前手機(jī)廠商對(duì)于極限變焦，以及潛望式長焦的需求日益增加，潛望式長焦越來越占用手機(jī)機(jī)身內(nèi)部空間，因?yàn)樗莻鹘y(tǒng)光學(xué)鏡組，低折射率的鏡片要求必須留足焦距成像。但是對(duì)于贗鏡頭來說情況大大不同。雖然也需要潛望式結(jié)構(gòu)（或者雙反射潛望式結(jié)構(gòu)），但是贗鏡頭卻可以大大縮小模組體積，使得智能手機(jī)得以利用更大的底，或者做出更輕薄的長焦鏡組。據(jù)華為影像實(shí)驗(yàn)室估計(jì)，在采用贗鏡頭設(shè)計(jì)之后，智能手機(jī)鏡頭模組厚度會(huì)減少50%，體積則是更會(huì)減少65%，華為影像實(shí)驗(yàn)室甚至可以在華為p30大?。ú皇莗30Pro）的智能手機(jī)內(nèi)放置一顆一英寸大底，一顆1/1.54英寸超廣角，以及一顆IMX686，125MM焦距潛望式長焦，并且鏡頭不凸起（p30智能手機(jī)鏡頭凸起）。而至于像三星s22ultra那么大的機(jī)身空間內(nèi)，華為影像實(shí)驗(yàn)室甚至可以在其中放置一顆全畫幅，而且機(jī)身不凸起。

而且未來，隨著2億像素，4億像素乃至更高分辨率的CMOS出貨，傳統(tǒng)樹脂結(jié)構(gòu)鏡組已經(jīng)無能為力。分辨率每翻一倍，意味著鏡組成本翻3倍，這必然是絕大多數(shù)手機(jī)廠商難以接受的。1億像素的鏡組成本已經(jīng)炸天，小米10 Pro智能手機(jī)上這顆一億像素8p鏡組為了保證解析力，其鏡組成本甚至媲美華為p40Pro+上的10倍光學(xué)變焦?jié)撏介L焦鏡組，再堆料2億像素，鏡組成本必然是諸多手機(jī)廠商難以接受的，因此這也是這諸代小米放棄一億像素8p鏡組方案轉(zhuǎn)向7p鏡組方案的原因，7p鏡組比8p節(jié)省成本35%。因此，傳統(tǒng)樹脂鏡片是限制鏡頭解析力進(jìn)一步向2億像素號(hào)角邁進(jìn)的最主要原因。但是隨著贗鏡頭的到來，情況會(huì)大為改觀。一個(gè)直徑6MM，采用65nm半導(dǎo)體工藝制程的贗鏡頭就可以喂飽800萬像素的CMOS，而采用28nm制程的贗鏡頭可以喂飽IMX586級(jí)鏡頭（注意，目前IMX586手機(jī)配的樹脂鏡片很少有喂飽這個(gè)CMOS的），采用20nm制程的贗鏡頭可以喂飽一億像素hmx，這還是單鏡片的情況下。20nm不算是先進(jìn)制程，因此贗鏡頭的路還有很長。2億像素只需要14nm制程，4億像素只需要7nm制程就可以實(shí)現(xiàn)喂飽。當(dāng)然，贗鏡頭還具有輕薄化的作用，當(dāng)鏡組來到全畫幅階段時(shí)，衍射極限大概來到10億像素，這也只需4nm制程（即臺(tái)積電“1nm”，英特爾“18a”制程，廠商對(duì)制程存在虛標(biāo)現(xiàn)象）就可以喂飽CMOS。只能說，隨著贗鏡頭的來臨，智能手機(jī)下一個(gè)高畫質(zhì)時(shí)代即將到來，而華為影像實(shí)驗(yàn)室對(duì)其依然是充滿信心。贗鏡頭技術(shù)比液態(tài)鏡頭技術(shù)更能推動(dòng)下一代影像革命，而這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)不會(huì)晚于10年后。

正如那句話所說：我們永遠(yuǎn)不知道華為影像實(shí)驗(yàn)室到底還藏著多少黑科技，其中能帶來影像革命的又有多少。