致力于优化VR/AR设备成像系统 Metalenz PolarEyes偏振相机技术正加速投入市场

发布时间：2022-01-29 19:57:40来源：IEEE电气电子工程师

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METALENZ

近日，初创公司Metalenz宣布，他们已经开发出一种硅芯片，与图像传感器配合使用，可以通过偏振光的方式来区分物体。该公司表示，其“PolarEyes”技术将能够降低面部身份验证易受欺骗的程度，改善增强和虚拟现实的3D成像，该传感器可以检测空气质量，或基于智能手机APP检测用户医疗保健情况，这家诞生于哈佛大学的光学公司还面向消费者生产偏光镜片，以改善隐私和安全功能。Metalenz全栈系统级解决方案结合了物理和光学、软件和硬件，为从下一代智能手机和消费电子产品到新的医疗保健和汽车应用提供动力。

该公司成立于2017年，根据首席执行官RobertDevlin的说法，Metalenz最近开始与STMicroelectronics合作，将其技术转移到量产领域，并预计在今年第二季度的某个时候发货成像包。

IEEESpectrum近日与Devlin进行了交谈，以了解更多关于该公司技术的信息，以及当它进入消费者手中时，它将能够做些什么。

Q

在我们讨论你们的新偏振光学之前，请简要帮助我们了解你们的基本技术是如何工作的。

RobertDevlin：我们在12英寸晶圆上使用标准半导体光刻技术，以小柱子的形式创建纳米结构。这些结构小于光的波长，因此通过改变柱的半径，我们可以使用它们来控制光通过的光程长度。对于这项技术的第一代，我们正在研究近红外波长，它通过硅传输，而不是像可见光那样反射。

Q

与传统透镜相比，使用纳米结构有什么优势？

RobertDevlin：我们的技术是扁平的。当你使用曲面透镜将图像放在平面传感器上时，你必须使用多个透镜进行各种校正，并精细地控制透镜之间的间距以使其工作；我们不必这么做。我们还可以将多个传统透镜的功能集成到一个芯片上。我们可以在同样的半导体铸造厂制造这些透镜，就像相机模块中使用的图像传感器和电子设备一样。

例如，iPhonefaceID系统有三个透镜：一个衍射透镜，用于将投射到脸上的红外光分割成网格状的点；两个折射透镜，用于准直投射到脸上的激光。其中一些模块有一条被镜子折叠的光路，因为否则它们太厚，无法容纳消费类设备所需的紧凑空间。使用单片平板光学器件，我们可以缩小总厚度，即使在空间最有限的应用中也不需要折叠光路或反射镜。

3D绘图是另一种使用多个镜头的红外成像应用程序。强现实系统需要实时创建周围世界的3D地图，以便知道虚拟对象的放置位置。如今，它们再次使用飞行时间系统，在光谱的红外部分工作，发出光脉冲，并乘以它们返回图像传感器所需的时间。该系统需要几个折射透镜来聚焦出射光，并需要一个衍射透镜将光乘以一个点网格。它们还需要成像侧的多个镜头来收集场景中的光线。有些镜头需要校正镜头本身的曲率，有些镜头需要确保图像在整个视野中清晰可见。使用纳米结构，我们可以将所有这些功能放在一个芯片上。

Q

所以芯片就是这么做的？

RobertDevlin：是的，第一款使用我们技术的产品将于今年第二季度上市，它将是一个用于3D成像的模块。我们有机会看到生产过程得到验证，我们可以鉴证全新传感器改变包括VR/AR头显在内的消费类设备的机器视觉系统。

Q

最初是手机？

RobertDevlin：这是一款3D传感产品，将从今年第二季度开始在消费类设备中使用，但也用于移动电话。

Q

那么AR呢？

RobertDevlin：当然，每个人都在急切地等待AR眼镜，而形状因素仍然是一个问题。我认为我们所做的简化光学元件将有助于解决形状因素问题。对于这种应用，红外成像是合适的。它允许系统了解周围的世界，以便将虚拟世界与之融合。而且它不受光照条件变化的影响。

Q

好的，让我们来谈谈你现在发布的最新偏振技术PolarEyes。

RobertDevlin：一年前我们谈话时，我谈到了Metalenz不仅希望简化现有的移动摄像头模块，还希望使用被锁在科学实验室的成像系统，因为它们太昂贵、太复杂或太大，并将它们的光学元件组合成一个单层，对于消费类设备来说，这个单层足够小，足够便宜。

其中一种成像系统涉及光的偏振。在工业和医学实验室中都可以发挥其作用，它可以用来观察癌细胞的发展，并且在很多情况下，还可以告知我们物质的组成。在工业上，它可以用来检测黑色物体的特征、透明物体的形状，甚至透明物体上的划痕。如今，完整的偏振相机的尺寸约为100×80×80毫米，光学元件的价格可能高达数百美元。

METALENZ

使用metasurface技术，我们可以将尺寸降低到3×6×10毫米，价格降低到2到3美元。与当今许多典型的系统不同，这些系统以不同的偏振顺序拍摄多个视图，并使用它们来构建图像，我们可以使用我们的一个芯片同时实时拍摄这些多个视图。我们取了四个视图，结果证明这是我们需要组合成一个普通图像或创建一个场景的完整地图的数字，颜色编码表示每个像素的完全偏振。

Q

除了你提到的医疗和工业用途，为什么偏振光图像还有其他用途？

RobertDevlin：当你把这些应用到移动设备中时，我们可能会发现各种我们还没有想到的应用程序，这真的很令人兴奋。但我们有一个初步的应用，我们认为这将有助于面部识别技术的采用。如今的面部识别系统被口罩所阻碍。这并不是因为他们无法从口罩上方获得足够的信息来识别用户。他们使用高分辨率的2D图像，为算法提供足够的数据。但他们也使用分辨率非常低的3D成像系统。这是为了确保你没有试图用口罩或照片欺骗系统，这就是当你戴口罩时面部识别失败的原因。偏振成像模块可以很容易地区分皮肤和口罩，并解决这个问题。

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