iPhone 要上潛望式鏡頭了,但我敢説當前的「長焦之戰」方向錯了


iPhone 12 系列還未面世之前,人們對它的期待之一,便是長焦拍攝能有明顯進步。我們常常能看到類似下圖的渲染圖,四顆攝像頭裏有一顆應該是超長焦鏡頭。

▲ iPhone 12 Pro 渲染圖. 圖片來自: Phone Arena

不過蘋果還是堅持了自己的想法,將第四顆攝像頭的位置,讓給了 LiDAR 激光雷達。讓長焦愛好者唯一欣慰的是,iPhone 12 Pro Max 的長焦鏡頭,由 52mm 改為 65mm,這意味着可以拍得更遠,透視感更強。

▲ iPhone 12 Pro 系列

在 Android 手機動輒 5 倍、10 倍光學變焦的今天,iPhone 最高僅支持 2.5 倍(從主攝廣角算起)的光學變焦,似乎有些跟不上「潮流」了。

於是 iPhone 12 系列發佈後,網上有不少吐槽的聲音,或明或暗地挖苦蘋果在超長焦鏡頭上的缺位。

▲ 圖片來自:DXOMARK 中文微博

然而近日,DigiTimes 援引韓國業界相關人士的透露稱,蘋果為強化 iPhone 光學變焦功能,正在着手找尋潛望式相機技術和專利等,並與相關企業進行合作商討,引發業界關注。

潛望式鏡頭的前世今生

蘋果正在尋找的超長焦解決方案,便是「潛望式鏡頭」。

這個詞你應該不會陌生。近兩年的 Android 旗艦手機,幾乎標配了這種鏡頭。那麼潛望式鏡頭的原理是什麼?有什麼優點呢?

在瞭解這種鏡頭前,我們先把視線拉回 1834 年。彼時,俄國人建造了世界上第一艘裝有潛望鏡的潛艇「希爾德拉」號。20 年後,法國人瑪麗·戴維設計了一個由兩塊反光鏡組成的原始潛望鏡。

▲豎立在潛艇上方高而細的管子便是潛望鏡. 圖片來自:Pixabay

這種形態的潛望鏡,依託兩個反光鏡,使得光路產生摺疊。由此士兵可以在潛艇裏,使用伸出海面的潛望鏡,來觀察敵情。

▲ 潛望鏡原理. 圖片來自:wikipedia

瞭解潛望鏡後,我們再來回想一下「老法師」們在拍鳥和其他野生動物時,常用的「長槍大炮」。

▲ 荷花——「老法師」們最後的尊嚴. 圖片來自:sybiji

這類鏡頭被稱為長焦或超長焦鏡頭,焦段可達 200mm、400mm、甚至 800mm 以上。焦段越長,就可以拍得越遠。但你也可以發現,這種鏡頭一般都非常長。

這是因為若要拍得更遠,鏡頭在設計時需要讓光學中心儘可能遠離感光元件,來獲得更小的折射角度,視角變小了,拍攝到的畫面就越窄、越遠。

▲ 前後移動的便是光學中心.

不理解的話,可以舉起手,將大拇指與食指捏住,形成一個圓孔。接着在一隻眼睛的視線方向前後移動,你會發現靠近眼睛時,看到的畫面多;遠離眼睛時,看到的畫面少。

所以焦段越長,鏡頭內部就需要越大的空間,讓光學中心和感光元件保持夠遠的距離。

▲ 佳能超長焦鏡頭的鏡組間距很大. 圖片來自:wikiwand

但這種設計思路只適用於相機。對於手機來説,要是用這種設計思路來做超長焦鏡頭,你可能會看到一部鏡頭凸起極為嚴重的手機。

那麼有什麼好辦法,將超長焦鏡頭塞進薄薄的手機裏呢?上文提到的潛望鏡,便是一個絕妙的解決方案。

藉助反光鏡或稜鏡,將原本直直的光路,硬生生地掰彎,在可控的厚度內實現更高效的折射,這就是潛望式鏡頭的原理。


像擁有 5 倍光學變焦的手機,基本都是在潛望式鏡頭內,放置兩塊反光鏡或一塊稜鏡。如果將反光鏡的個數增加,可以讓光路實現更高倍數的折射,便能實現高達 10 倍的光學變焦了。

比如支持 10 倍光學變焦的華為 P40 Pro+,其潛望式鏡頭內部就有多塊反光鏡,光路進入鏡頭後被摺疊了 5 次,官網稱將原本的光路長度,延展至 1.78 倍,實現了等效 240mm 的超長焦拍攝。


潛望式鏡頭的優點顯而易見,光路折射率高,可在同等體積下,實現更長焦的拍攝效果。這就是蘋果在追尋的解決方案。

郭明錤稱,韓國最佳鏡頭供應商 Semco 和中國最佳鏡頭供應商舜宇光學將分別在 2020 下半年和 2021 年進入蘋果鏡頭供應鏈。這或許意味着,我們最快可以在明年的新款 iPhone 上體驗到 5 倍光學變焦(從主攝廣角焦段算起)。

手機廠商的「長焦之戰」

在功能機時代,我們就已經看到手機追逐相機的趨勢。

2004 年,夏普推出 V602SH 手機,這是首款支持 2 倍光學變焦的手機。不過外形看上去,像是一個手持 DV,頗有「買相機,送手機」的意思。

▲ 夏普 V602SH. 圖片來自:ERING

而後,諾基亞、索愛、三星等品牌,均推出過支持多倍變焦的手機。這些手機有一個共性,就是鏡頭模組巨大。遮掉品牌 logo 看背面,很難相信它是一台手機而非消費級相機。

▲ 三星 Galaxy S4 Zoom

直到 2015 年,華碩推出 Zenfone Zoom 鷹眼手機,它與日本知名光學元件公司 HOYA 合作,採用了潛望式鏡頭方案,通過稜鏡將光路折射至手機內部,如此一來大大減少了鏡頭模組的厚度。該手機也成為彼時最薄的光學變焦手機。


Zenfone Zoom 手機後置只有一顆鏡頭。華碩的思路是在鏡頭模組內,放置馬達和螺柱,調整光學中心和傳感器之間的距離,以此實現 1 倍到 3 倍的光學變焦。


光學變焦比數碼變焦有着顯著的優勢,數碼變焦是通過像素裁切實現更小區域的拍攝,畫質下降非常明顯。所以華碩開啓潛望式鏡頭風潮後,許多 Android 廠商快速跟進上來。但華碩這種方案顯然不是最優解,畢竟華碩都這麼努力了,機身厚度依舊來到了 11.9mm。

這也就使得有了後來我們看到的多攝手機。將光學變焦的工作分配給不同的鏡頭,將潛望式鏡頭的結構固定下來,做成定焦鏡頭,比如固定為等效 125mm 等。

2019 年初,華為和 OPPO 先後推出了 P30 Pro 和 Reno 10 倍變焦版。前者搭載了 125mm 潛望式鏡頭,可以實現 5 倍光學變焦;後者則搭載了 160mm 潛望式鏡頭,支持 6 倍光學變焦。

▲ P30 Pro 潛望式鏡頭示意

這兩款機型的發佈,也意味着手機廠商們的「長焦之戰」正式拉開。我們看到越來越多的 Android 旗艦配備了潛望式鏡頭,華為 P40 Pro+等機型,甚至已經實現了 10 倍光學變焦,等效焦段超過 200mm。

而超長焦鏡頭,也成為手機廠商們的重要賣點。無論是發佈會還是官網介紹,都會為其留出一定的位置。

▲ 小米 10 至尊版官網詳情頁

但潛望式鏡頭並非「長焦之戰」的必殺技。隨着相關技術越來越成熟,以及成本的逐漸下探,潛望式鏡頭不再是旗艦機的專屬,未來中低端機型有望逐步搭載潛望式鏡頭。

為了保持競爭力,vivo 和小米又在長焦上玩出了「新花樣」。比如 vivo 發佈的概念產品 APEX 2020,其潛望式鏡頭模組內的鏡片可以前後移動,以實現 80mm-120mm 連續光學變焦。

▲APEX 2020 變焦示意

聽起來是不是有些似曾相識?我們上文提到的華碩 Zenfone Zoom 鷹眼手機,思路正是這樣。只是 vivo 成功將手機厚度控制在了 8.8mm。

小米就更「復古」了。據稱其正在研究一種可伸縮的鏡頭模組,可以實現「超大光圈,進光量提升 300%;清晰度提升 20%」。

▲ 小米伸縮式鏡頭方案

這一方案理論上會改善長焦端的光學效果,但形態上可以説有些「文藝復興」。另外其防水防塵效果、體積與重量的控制等方面,均讓人存疑。

「長焦之戰」的意義在哪?

縱觀當前的手機市場,似乎沒有潛望式鏡頭,都不好意思説自己是旗艦機。

以當前的技術而言,潛望式鏡頭的確是手機長焦拍攝的最佳解決方案。不過我們也可以發現,擁有潛望式鏡頭的手機,鏡頭模組基本都非常突出,暗示你:「我凸了,但也強了」。

▲ 激凸的攝像模組

手機是否應該犧牲背部設計的協調與美觀,來換取更好的攝影性能?這個問題不在我們的討論範圍內。我們需要探討的是,手機廠商們追求的高倍數光學變焦有多大意義。

目前常見的潛望式鏡頭,一般是 5 倍光學變焦或者是 10 倍光學變焦,等效為 125mm 或 240mm 左右。更長的焦段意味着可以拍得更遠,10 倍變焦已經可以拍到肉眼不易看到的細節。

▲ 小米 10 至尊版官方樣張

但這只是理論上。實際使用中,受限於手機的體積,鏡頭模組不可能佔據太大的空間,因此感光元件的面積十分有限。這就導致成像質量上難以達到理想的高度,尤其是暗光環境下,潛望式鏡頭基本處於無法開啓的狀態。

以華為 Mate40 Pro 上的潛望式鏡頭為例,我在光線複雜、略暗,或者被攝主體輪廓不清晰時使用,便難以激活光學變焦。手機會在主攝數碼變焦和潛望式鏡頭光學變焦之間反覆跳躍。

▲ 弱光環境下,Mate40 潛望式鏡頭不易激活

這不是個例。手機上的潛望式鏡頭對光線的要求非常嚴格,即便暗光環境下可以使用,那麼拍出的畫面塗抹感也是比較明顯的。

原因很簡單,潛望式鏡頭內的稜鏡,會影響光線的射入量。光線強度在被稜鏡折射後,會出現一定衰減。因此,潛望式鏡頭比普通鏡頭對傳感器尺寸的要求更高。而光路折射的次數越多,光線強度就越弱。所以手機上 10 倍光學變焦的鏡頭,光學素質普遍低於 5 倍光學變焦鏡頭。

另外還有一個常見的問題,在廣角端不易被察覺的抖動,會隨着焦段的增加而成倍放大。這就非常考驗鏡頭的防抖性能。目前 5 倍光學變焦的潛望式鏡頭,通過 OIS 技術已經能做到不錯的防抖效果。但 10 倍光學變焦的潛望式鏡頭,防抖性能依然有很大的進步空間。

▲ 使用華為 P40 Pro 潛望式鏡頭拍攝(5 倍光學變焦)

目前來看,在「拍的好」和「拍的到」的問題上,潛望式鏡頭還很難兼顧。尤其是變焦倍數越高,這一矛盾越明顯。

我曾體驗過的小米 10 至尊版和華為 P40 Pro+,其搭載的 10 倍(等效)光學變焦,基本極少會用到,我身邊的朋友也表示「想不到有什麼需要用到如此高倍變焦的場景」。

就我個人看來,我寧願希望將這一鏡頭去掉,換取同體積下更大的電池,以及更好的散熱。或者將物料成本用於更好的馬達,以得到更好的基礎體驗。

▲ 小米 10 至尊版內部,潛望式鏡頭佔據了很大空間

這並不是説潛望式鏡頭不應該出現在手機上。我只是認為沒有必要犧牲太多的內部空間,安裝一個不常用的 200mm 以上焦段的鏡頭。5 倍左右的光學變焦,可能比 10 倍來得更實用,在體積與易用性上更為均衡。

▲使用 vivo X50 Pro+ 潛望式鏡頭拍攝(5 倍光學變焦)

5 倍光學變焦,換算下來約等於 125mm 焦段的鏡頭。它可以帶來 2 倍光學變焦鏡頭無法比擬的透視感,讓用户輕鬆地拍出簡潔、主題突出的畫面。期待 iPhone 搭載潛望式鏡頭時,也能夠關注這一焦段。

▲ 使用華為 Mate40 Pro 潛望式鏡頭拍攝(5 倍光學變焦)

當手機廠商不再舞墨於「10 倍光學變焦」、「120 倍混合變焦」,而是專心提升 2 倍長焦鏡頭、5 倍潛望式鏡頭的成像質量時,我想這場「長焦之戰」才會回到正確的軌道上。


資料來源:愛範兒(ifanr)

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