iPhone 要有潛望式鏡頭了,但目前「長焦之戰」方向是否錯誤?

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 05 日 0:00 | 分類 Apple , iPhone , 手機 Telegram share ! follow us in feedly


iPhone 12 系列發表前,人們的期待之一便是長焦拍攝有明顯進步。我們常看到類似下面的渲染圖,4 顆鏡頭有一顆應該就是超長焦鏡頭。

▲ iPhone 12 Pro 渲染圖。(Source: Phone Arena)

不過蘋果還是堅持想法,將第四顆鏡頭讓給 LiDAR 光達。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,意味著可拍更遠,透視感更強。

Android 手機動輒 5 倍、10 倍光學變焦的今天,iPhone 最高僅支援 2.5 倍(從主鏡頭廣角算起)的光學變焦,似乎有些跟不上「潮流」。於是 iPhone 12 系列發表後,網路有不少吐槽聲,或明或暗挖苦蘋果缺席超長焦鏡頭。

(Source:DXOMARK 微博)

然而近日,DigiTimes 援引南韓業界相關人士透露,蘋果為強化 iPhone 光學變焦功能,正著手尋找潛鏡式相機技術和專利等,並與相關企業商討,引發業界關注。

潛望式鏡頭的前世今生

蘋果正在找尋的超長焦解決方案,便是「潛望式鏡頭」,這個詞讀者應該不陌生,近兩年 Android 旗艦手機幾乎是標配。那麼潛望式鏡頭的原理是什麼?有什麼優點?

視線先拉回 1834 年。俄國人建造世界第一艘裝有潛望鏡的潛艇「希爾德拉」號,20 年後,法國人瑪麗·戴維設計由兩塊反光鏡組成的原始潛望鏡。

這種形態的潛望鏡靠著兩片反光鏡讓光路摺疊,故士兵可在潛艇裡使用伸出海面的潛望鏡觀察敵情。

▲ 潛望鏡原理。(Source:wikipedia)

再回想攝影愛好者拍鳥和其他野生動物時,常用的「長槍大砲」。

▲ 荷花──攝影愛好者最後的尊嚴。(Source:sybiji)

這類鏡頭稱為長焦或超長焦鏡頭,焦段可達 200mm、400mm 甚至 800mm 以上。焦段越長就拍得越遠,但這種鏡頭一般都非常長。這是因若要拍得更遠,鏡頭設計時需讓光學中心盡可能遠離感光元件,獲得更小的折射角度,視角變小了,拍到的畫面就越窄、越遠。

▲ 前後移動的便是光學中心。

可試著舉起手捏住大拇指與食指,形成一個圓孔。接著一隻眼睛的視線前後移動,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空間,讓光學中心和感光元件保持夠遠距離。

▲ Canon 超長焦鏡頭的鏡組間距很大。(Source:wikiwand)

但這種設計思路只適用相機。對手機來說,要是用這種設計做超長焦鏡頭,可能會看到鏡頭突起極嚴重的手機。

那有什麼好辦法,能把超長焦鏡頭塞進薄薄的手機?上文提到的潛望鏡,便是不錯的解決方案。藉助反光鏡或稜鏡,將原本直線光路硬生生折彎,在可控厚度內做到更高效折射,這就是潛望式鏡頭的原理。

如有 5 倍光學變焦的手機,基本都是潛望式鏡頭內放兩塊反光鏡或一塊稜鏡。如果反光鏡數增加,可讓光路更高倍數折射,便能造成高達 10 倍的光學變焦了。

如支援 10 倍光學變焦的華為 P40 Pro+,潛望式鏡頭內部就有多塊反光鏡,光路進入鏡頭後折射 5 次,官網稱將原本的光路長度延展至 1.78 倍,等同 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,可在同等體積內,達成更長焦的拍攝效果。這就是蘋果追尋的解決方案。

郭明錤稱,南韓最佳鏡頭供應商 Semco 和中國最佳鏡頭供應商舜宇光學,分別在 2020 下半年和 2021 年進入蘋果鏡頭供應鏈。這或許意味著,我們最快可在明年的新 iPhone 體驗到 5 倍光學變焦(從主鏡頭廣角焦段算起)。

手機廠商的「長焦之戰」

功能手機時代,我們就看到手機追逐相機的趨勢。

2004 年,夏普推出 V602SH 手機,這是首款支援 2 倍光學變焦的手機。不過外形看起來像手持 DV,頗有「買相機,送手機」的意思。

▲ 夏普 V602SH。(Source:ERING)

之後 NOKIA、Sony Ericsson、三星等品牌,均推出過支援多倍變焦的手機。這些手機有個共通性,就是鏡頭模組很大。遮掉品牌 logo 看背面,很難相信是手機而非相機。

▲ 三星 Galaxy S4 Zoom。

直到 2015 年,華碩推出 Zenfone Zoom 鷹眼手機,與日本知名光學元件公司 HOYA 合作,採用潛望式鏡頭方案,透過稜鏡將光路折射至手機內,如此一來大大減少鏡頭模組的厚度,也成為當時最薄的光學變焦手機。

Zenfone Zoom 手機後置只有一顆鏡頭。華碩是想在鏡頭模組內裝馬達和螺柱,調整光學中心和感測器的距離,以此有 1~3 倍光學變焦。

光學變焦比數位變焦有顯著優勢,數位變焦是透過畫素裁切以更小區域拍攝,畫質下降非常明顯。所以華碩開啟潛望式鏡頭風潮後,許多 Android 廠商快速跟進。但華碩這種方案顯然不是最優解,畢竟都這麼努力塞,機身厚度依舊還有 11.9 公釐。

這也讓後來我們看到的多鏡頭手機出現。將光學變焦工作分配給不同鏡頭,將潛望式鏡頭架構固定,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 P30 Pro 和 Reno 10 倍變焦版。前者搭載 125mm 潛望式鏡頭,可有 5 倍光學變焦;後者搭載 160mm 潛望式鏡頭,支援 6 倍光學變焦。

▲ P30 Pro 潛望式鏡頭示意圖。

這兩款機型發表,意味手機廠商的「長焦之戰」正式拉開。我們看到越來越多 Android 旗艦配備潛望式鏡頭,華為 P40 Pro+ 等甚至有 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的重要賣點。無論發表會還是官網介紹,都會留出一定位置。

但潛望式鏡頭並非「長焦之戰」的必殺技。隨著相關技術越來越成熟,以及成本逐漸下探,潛望式鏡頭不再是旗艦機專屬,未來中低階機型也有望逐步搭載潛望式鏡頭。

為了保持競爭力,vivo 和小米又對長焦玩「新花樣」。如 vivo 發表的概念產品 APEX 2020,潛望式鏡頭模組的鏡片可前後移動,以做到 80~120mm 連續光學變焦。

▲ APEX 2020 變焦示意。

聽起來有些似曾相識?上文提到的華碩 Zenfone Zoom 鷹眼手機正是這樣,只是 vivo 成功將手機厚度控制在 8.8 公釐。

小米就更「復古」了,據稱正在研究可伸縮的鏡頭模組,可有「超大光圈,進光量提升 300%;清晰度提升 20%」。這方案理論上會改善長焦端的光學效果,但形態可說有些「文藝復興」。另外防水防塵效果、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?

縱觀手機市場,似乎沒有潛望式鏡頭,都不好意思說是旗艦手機。以目前技術而言,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,暗示用戶:「我很凸,但也很強」。

手機是否應該犧牲背部設計的協調與美觀,來換取更好的攝影功能?這問題不在這次討論範圍。這篇文章主要討論手機廠商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 10 倍光學變焦,等效為 125mm 或 240mm 左右。更長焦段意味著拍得更遠,10 倍變焦已可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。實際使用受限於手機體積,鏡頭模組不可能占太大空間,因此感光元件的面積十分有限,導致成像品質難以達到理想,尤其暗光環境,潛望式鏡頭基本無法開啟。

以華為 Mate40 Pro 的潛望式鏡頭為例,在光線複雜略暗,或攝影主體外框不清楚時使用,便難以啟動光學變焦。手機會在主鏡頭數位變焦和潛望式鏡頭光學變焦間反覆跳躍。

▲ 弱光環境下,Mate40 潛望式鏡頭不易啟動。

這不是個例。手機的潛望式鏡頭對光線要求非常嚴格,即便暗光環境可使用,塗抹感也很明顯。

原因很簡單,潛望式鏡頭內的稜鏡會影響光線射入量。光線強度被稜鏡折射後,會出現衰減,故潛望式鏡頭比普通鏡頭對感測器大小的要求更高。光路折射次數越多,光線強度就越弱。所以手機 10 倍光學變焦的鏡頭,光學品質普遍低於 5 倍光學變焦鏡頭。

另外還有一個常見問題,在廣角端不易察覺的震動,會隨著焦段增加而成倍放大。這就非常考驗鏡頭的防手震效能。目前 5 倍光學變焦的潛望式鏡頭,透過 OIS 技術已能做到不錯的防手震效果,但 10 倍光學變焦的潛望式鏡頭,防震依然有很大進步空間。

▲ 使用華為 P40 Pro 潛望式鏡頭拍攝(5 倍光學變焦)。

目前來看,在「拍好」和「拍到」問題,潛望式鏡頭還很難兼顧。尤其變焦倍數越高,問題越明顯。

筆者體驗過的小米 10 至尊版和華為 P40 Pro+,10 倍(等效)光學變焦基本極少用到,朋友也表示「想不到什麼需要用到如此高倍變焦的場景」。個人看來,寧願將這顆鏡頭拿掉,換成同體積下更大的電池,以及更好的散熱。或將物料成本花在更好的馬達,以得到更好的基礎體驗。

▲ 小米 10 至尊版內部,潛望式鏡頭占據很大空間。

這並不是說潛望式鏡頭不應該出現於手機,只是沒有必要犧牲太多內部空間,安裝不常用的 200mm 以上焦段鏡頭。5 倍左右的光學變焦,可能比 10 倍更實用,體積與易用性也更平均。

▲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 焦段鏡頭,有 2 倍光學變焦鏡頭無法比擬的透視感,讓用戶輕鬆拍出簡潔、主題突出的畫面。期待 iPhone 搭載潛望式鏡頭時,也關注到這焦段。

▲ 使用華為 Mate40 Pro 潛望式鏡頭拍攝(5 倍光學變焦)。

當手機廠商不再著墨「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品質時,這場「長焦之戰」可能才會回到正軌。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:科技新報)