iPhone要上潜望式镜头了,但我敢说当前的「长焦之战」方向错了

iPhone 12 系列还未面世之前,人们对它的期待之一,便是长焦拍摄能有明显进步。我们常常能看到类似下图的渲染图,四颗摄像头里有一颗应该是超长焦镜头。

不过苹果还是坚持了自己的想法,将第四颗摄像头的位置,让给了 LiDAR 激光雷达。让长焦爱好者唯一欣慰的是,iPhone 12 Pro Max 的长焦镜头,由 52mm 改为 65mm,这意味着可以拍得更远,透视感更强。

在 Android 手机动辄 5 倍、10 倍光学变焦的今天,iPhone 最高仅支持 2.5 倍(从主摄广角算起)的光学变焦,似乎有些跟不上‘潮流’了。

于是 iPhone 12 系列发布后,网上有不少吐槽的声音,或明或暗地挖苦苹果在超长焦镜头上的缺位。

然而近日,DigiTimes 援引韩国业界相关人士的透露称,苹果为强化 iPhone 光学变焦功能,正在着手找寻潜望式相机技术和专利等,并与相关企业进行合作商讨,引发业界关注。

潜望式镜头的前世今生

苹果正在寻找的超长焦解决方案,便是‘潜望式镜头’。

这个词你应该不会陌生。近两年的 Android 旗舰手机,几乎标配了这种镜头。那么潜望式镜头的原理是什么?有什么优点呢?

在了解这种镜头前,我们先把视线拉回 1834 年。彼时,俄国人建造了世界上第一艘装有潜望镜的潜艇‘希尔德拉’号。20 年后,法国人玛丽·戴维设计了一个由两块反光镜组成的原始潜望镜。

这种形态的潜望镜,依托两个反光镜,使得光路产生折叠。由此士兵可以在潜艇里,使用伸出海面的潜望镜,来观察敌情。

了解潜望镜后,我们再来回想一下‘老法师’们在拍鸟和其他野生动物时,常用的‘长枪大炮’。

这类镜头被称为长焦或超长焦镜头,焦段可达 200mm、400mm、甚至 800mm 以上。焦段越长,就可以拍得越远。但你也可以发现,这种镜头一般都非常长。

这是因为若要拍得更远,镜头在设计时需要让光学中心尽可能远离感光元件,来获得更小的折射角度,视角变小了,拍摄到的画面就越窄、越远。

不理解的话,可以举起手,将大拇指与食指捏住,形成一个圆孔。接着在一只眼睛的视线方向前后移动,你会发现靠近眼睛时,看到的画面多;远离眼睛时,看到的画面少。

所以焦段越长,镜头内部就需要越大的空间,让光学中心和感光元件保持够远的距离。

但这种设计思路只适用于相机。对于手机来说,要是用这种设计思路来做超长焦镜头,你可能会看到一部镜头凸起极为严重的手机。

那么有什么好办法,将超长焦镜头塞进薄薄的手机里呢?上文提到的潜望镜,便是一个绝妙的解决方案。

借助反光镜或棱镜,将原本直直的光路,硬生生地掰弯,在可控的厚度内实现更高效的折射,这就是潜望式镜头的原理。

像拥有 5 倍光学变焦的手机,基本都是在潜望式镜头内,放置两块反光镜或一块棱镜。如果将反光镜的个数增加,可以让光路实现更高倍数的折射,便能实现高达 10 倍的光学变焦了。

比如支持 10 倍光学变焦的华为 P40 Pro+,其潜望式镜头内部就有多块反光镜,光路进入镜头后被折叠了 5 次,官网称将原本的光路长度,延展至 1.78 倍,实现了等效 240mm 的超长焦拍摄。

潜望式镜头的优点显而易见,光路折射率高,可在同等体积下,实现更长焦的拍摄效果。这就是苹果在追寻的解决方案。

郭明錤称,韩国最佳镜头供应商 Semco 和中国最佳镜头供应商舜宇光学将分别在 2020 下半年和 2021 年进入苹果镜头供应链。这或许意味着,我们最快可以在明年的新款 iPhone 上体验到 5 倍光学变焦(从主摄广角焦段算起)。

手机厂商的‘长焦之战’

在功能机时代,我们就已经看到手机追逐相机的趋势。

2004 年,夏普推出 V602SH 手机,这是首款支持 2 倍光学变焦的手机。不过外形看上去,像是一个手持 DV,颇有‘买相机,送手机’的意思。

而后,诺基亚、索爱、三星等品牌,均推出过支持多倍变焦的手机。这些手机有一个共性,就是镜头模组巨大。遮掉品牌 logo 看背面,很难相信它是一台手机而非消费级相机。

直到 2015 年,华硕推出 Zenfone Zoom 鹰眼手机,它与日本知名光学元件公司 HOYA 合作,采用了潜望式镜头方案,通过棱镜将光路折射至手机内部,如此一来大大减少了镜头模组的厚度。该手机也成为彼时最薄的光学变焦手机。

Zenfone Zoom 手机后置只有一颗镜头。华硕的思路是在镜头模组内,放置马达和螺柱,调整光学中心和传感器之间的距离,以此实现 1 倍到 3 倍的光学变焦。

光学变焦比数码变焦有着显著的优势,数码变焦是通过像素裁切实现更小区域的拍摄,画质下降非常明显。所以华硕开启潜望式镜头风潮后,许多 Android 厂商快速跟进上来。但华硕这种方案显然不是最优解,毕竟华硕都这么努力了,机身厚度依旧来到了 11.9mm。

这也就使得有了后来我们看到的多摄手机。将光学变焦的工作分配给不同的镜头,将潜望式镜头的结构固定下来,做成定焦镜头,比如固定为等效 125mm 等。

2019 年初,华为和 OPPO 先后推出了 P30 Pro 和 Reno 10 倍变焦版。前者搭载了 125mm 潜望式镜头,可以实现 5 倍光学变焦;后者则搭载了 160mm 潜望式镜头,支持 6 倍光学变焦。

这两款机型的发布,也意味着手机厂商们的‘长焦之战’正式拉开。我们看到越来越多的 Android 旗舰配备了潜望式镜头,华为 P40 Pro+等机型,甚至已经实现了 10 倍光学变焦,等效焦段超过 200mm。

而超长焦镜头,也成为手机厂商们的重要卖点。无论是发布会还是官网介绍,都会为其留出一定的位置。

但潜望式镜头并非‘长焦之战’的必杀技。随着相关技术越来越成熟,以及成本的逐渐下探,潜望式镜头不再是旗舰机的专属,未来中低端机型有望逐步搭载潜望式镜头。

为了保持竞争力,vivo 和小米又在长焦上玩出了‘新花样’。比如 vivo 发布的概念产品 APEX 2020,其潜望式镜头模组内的镜片可以前后移动,以实现 80mm-120mm 连续光学变焦。

听起来是不是有些似曾相识?我们上文提到的华硕 Zenfone Zoom 鹰眼手机,思路正是这样。只是 vivo 成功将手机厚度控制在了 8.8mm。

小米就更‘复古’了。据称其正在研究一种可伸缩的镜头模组,可以实现‘超大光圈,进光量提升 300%;清晰度提升 20%’。

这一方案理论上会改善长焦端的光学效果,但形态上可以说有些‘文艺复兴’。另外其防水防尘效果、体积与重量的控制等方面,均让人存疑。

‘长焦之战’的意义在哪?

纵观当前的手机市场,似乎没有潜望式镜头,都不好意思说自己是旗舰机。

以当前的技术而言,潜望式镜头的确是手机长焦拍摄的最佳解决方案。不过我们也可以发现,拥有潜望式镜头的手机,镜头模组基本都非常突出,暗示你:‘我凸了,但也强了’。

手机是否应该牺牲背部设计的协调与美观,来换取更好的摄影性能?这个问题不在我们的讨论范围内。我们需要探讨的是,手机厂商们追求的高倍数光学变焦有多大意义。

目前常见的潜望式镜头,一般是 5 倍光学变焦或者是 10 倍光学变焦,等效为 125mm 或 240mm 左右。更长的焦段意味着可以拍得更远,10 倍变焦已经可以拍到肉眼不易看到的细节。

但这只是理论上。实际使用中,受限于手机的体积,镜头模组不可能占据太大的空间,因此感光元件的面积十分有限。这就导致成像质量上难以达到理想的高度,尤其是暗光环境下,潜望式镜头基本处于无法开启的状态。

以华为 Mate40 Pro 上的潜望式镜头为例,我在光线复杂、略暗,或者被摄主体轮廓不清晰时使用,便难以激活光学变焦。手机会在主摄数码变焦和潜望式镜头光学变焦之间反复跳跃。

这不是个例。手机上的潜望式镜头对光线的要求非常严格,即便暗光环境下可以使用,那么拍出的画面涂抹感也是比较明显的。

原因很简单,潜望式镜头内的棱镜,会影响光线的射入量。光线强度在被棱镜折射后,会出现一定衰减。因此,潜望式镜头比普通镜头对传感器尺寸的要求更高。而光路折射的次数越多,光线强度就越弱。所以手机上 10 倍光学变焦的镜头,光学素质普遍低于 5 倍光学变焦镜头。

另外还有一个常见的问题,在广角端不易被察觉的抖动,会随着焦段的增加而成倍放大。这就非常考验镜头的防抖性能。目前 5 倍光学变焦的潜望式镜头,通过 OIS 技术已经能做到不错的防抖效果。但 10 倍光学变焦的潜望式镜头,防抖性能依然有很大的进步空间。

目前来看,在‘拍的好’和‘拍的到’的问题上,潜望式镜头还很难兼顾。尤其是变焦倍数越高,这一矛盾越明显。

我曾体验过的小米 10 至尊版和华为 P40 Pro+,其搭载的 10 倍(等效)光学变焦,基本极少会用到,我身边的朋友也表示‘想不到有什么需要用到如此高倍变焦的场景’。

就我个人看来,我宁愿希望将这一镜头去掉,换取同体积下更大的电池,以及更好的散热。或者将物料成本用于更好的马达,以得到更好的基础体验。

这并不是说潜望式镜头不应该出现在手机上。我只是认为没有必要牺牲太多的内部空间,安装一个不常用的 200mm 以上焦段的镜头。5 倍左右的光学变焦,可能比 10 倍来得更实用,在体积与易用性上更为均衡。

5 倍光学变焦,换算下来约等于 125mm 焦段的镜头。它可以带来 2 倍光学变焦镜头无法比拟的透视感,让用户轻松地拍出简洁、主题突出的画面。期待 iPhone 搭载潜望式镜头时,也能够关注这一焦段。

当手机厂商不再舞墨于‘10 倍光学变焦’、‘120 倍混合变焦’,而是专心提升 2 倍长焦镜头、5 倍潜望式镜头的成像质量时,我想这场‘长焦之战’才会回到正确的轨道上。

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