Meta-Optiken für den Massenmarkt

Metalenz mach Linsen platt

17. Oktober 2022, 5:41 Uhr | Heinz Arnold
Metalenz entwickelt auf Meta-Oberflächen basierende Linsen
Metalenz entwickelt auf Meta-Oberflächen basierende Linsen, mit deren Hilfe sich die Baugröße und die Kosten von ToF-Sensoren reduzieren lassen. STMicroelectronics fertigt sie in den eigenen Fabs auf Wafern mithilfe derselben Verfahren wie ICs und baut sie in ihre ToF-Module ein.
© STMicroelectronics/Metalenz

Meta-Oberflächen revolutionieren die Optik: Auf ihrer Basis lassen sich winzige optische Komponenten in bestehenden IC-Fabs fertigen. STMicroelectronics zeigt bereits, dass es funktioniert.

Die in Boston ansässige Metalenz ist das erste Unternehmen, das Linsen auf Basis von Meta-Oberflächen in den Massenmarkt bringt: Im Juni hatte STMicroelectronics mit dem »VL53L8« den ersten ToF-Sensor vorgestellt, der mit der Optik von Metalenz arbeitet. Jetzt hat sich das Unternehmen über seine B-Runden-Finanzierung weitere 30 Mio. Dollar gesichert, um in ganz neue Anwendungsfelder vorzustoßen.

Denn Robert Devon, Mitgründer und CEO von Metalenz, denkt schon weit über Linsen auf Basis von Meta-Oberflächen hinaus: Mit Hilfe dieser Technik lassen sich nämlich neben Komponenten, die das Licht wie herkömmliche Linsen ablenken, auch weitere optische Elemente herstellen, darunter neben Strahlteilern und optischen Gittern auch Polarisatoren. 

Die Möglichkeit, die Polarisation des Lichts über winzige Sensormodule zu ermittelt, erlaubt es, weitere wertvolle Informationen über die Umgebung zu gewinnen, beispielsweise die molekulare Beschaffenheit von Objekten. Damit ließen sich laut Devlin unter anderem Krebszellen auf der Haut diagnostizieren: »Ein über das Smartphone aufgenommenes Foto zum Arzt zu schicken, genügt dazu.« 

Genau dazu entwickelt Metalenz gerade die »PolarEye«-Technik. Während herkömmliche Polarisationskameras 10 cm x 8 cm x 8 cm groß sind, kommt »PolarEye« auf nur 10 mm x 6 mm x 2 mm, schrumpft sie also um den Faktor 5000. »Wir sprengen die Grenzen der bisherigen 3D-Sensor-Optiken, denn jetzt erhalten wir bisher nicht zugängliche Informationen und können mit den winzigen 3D-Sensoren in ganze neue Anwendungsfelder vorstoßen«, sagt Robert Devlin. 

Ein wesentlicher Faktor für den Erfolg von Metalenz liegt in der Zusammenarbeit mit STMicroelectronics: Metalenz und STMicroelectronics hatten erst im vergangenen Jahr ihre Technologiepartnerschaft verkündet, in deren Rahmen ST die von Metalenz entwickelten planaren Linsen in den eigenen Fabs fertigt. 

Das war der  Durchbruch für Metalenz, denn ST ist der führende Hersteller von 3D-Sensing-Modulen auf Basis der Time-of-Flight-Technik (ToF) und hat bisher 1,7 Milliarden ihrer »Flight-Sense«-ToF-Module verkauft, die vor allem in Smartphones, aber auch in Drohnen, Robotern und Fahrzeugen Einsatz finden. ST kennt sich also sowohl in der IC-Fertigungstechnik als auch in der Fertigung und dem Test dieser Module sowie in den für Consumer-Produkte erforderlichen Validierung der Optiken sehr gut aus – aus Sicht von Devlin eine ideale Partnerschaft, die dem Start-up die Türen bei den großen Smartphone-Herstellern geöffnet habe. Denn jetzt konnte Metalenz zeigen, dass die neue Technik zuverlässig und verlässlich funktioniert – und dass die Technik langfristig zur Verfügung stehen wird. 

Das ist für die Smartphone-Hersteller sehr interessant. Denn die neuen Meta-Linsen bieten mehrere Vorteile auf einmal: Sie sind kleiner als herkömmliche Linsen und können eine Reihe bisher erforderlicher optischer Komponenten in den 3D-Sensing-Modulen ersetzten. Dadurch werden die Module deutlich kleiner und kostengünstiger, sie nehmen weniger Energie auf und ihr Funktionsumfang erweitert sich. 

Jetzt will Metalenz mit den 30 Mio. Dollar Metalenz die Markteinführung der »PolarEye«-Technik beschleunigen und ihre bestehende 3D-Meta-Linsen-Technik weiter ausbauen. Die Finanzierungsrunde führte Neotribe Ventures unter Beteiligung von Foothill Ventures, M Ventures, Intel Capital, Osage University Partners, TDK Ventures, 3M Ventures, Global Brains, SG Innovate, Baidu Ventures, Hegemon Capital und Braemar Ventures.

Es könnte jetzt also relativc schnell gehen, bis Metalenz auf Basis von »PolarEye«-Technik mit den Meta-Oberflächen-Komponenten in ganz neue Märkte vorzustoßen. Der Weg dorthin war nicht einfach: 2011 hatte eine Gruppe von Wissenschaftlern an der Harvard-Universität in einem Artikel in Nature gezeigt, dass ihr Konzept funktioniert. Darunter waren Federico Capasso, Professor for Applied Physics, und Robert Devlin, die 2016 Metalenz gründeten. Es dauerte also über zehn Jahre, die Technologie vom Proof of Concept in ein marktreifes Produkt zu verwandeln.  

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