无突起的光学变焦 潜望式手机摄像头应用与分析

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我们日常的拍摄场景和取景需求，在绝大多数的情况下只需要使用短焦距的大广角相机就足够了。但是面对较远的拍摄物或者想做一些特别的构图，就需要用到变焦让相机拍摄到自己需要的画面。由于市场用户取向要求手机尽可能地轻薄，所以目前绝大部分主流的智能手机都只是使用数码变焦来满足这个需求。

不过在如今手机摄像头像素和硬件的规格设计都基本趋于稳定发展的情况下，又有不少厂商开始继续探究手机摄像头变焦的新形式了。毕竟普通的数码变焦是依靠不断扩大截取像素来实现的，这就意味着数码变焦倍数越大，像素损失就越大，画质就越差。为了解决在轻薄的手机上实现变焦的难题，国内外手机厂商可没少为此折腾过。

常见的变焦解决方案，无非就是通过超大像素的感光元件来实现所谓的 “无损变焦”。例如早几年前的诺基亚 Lumia 1020和华为的新旗舰 Mate 9 系列和 P10 系列，这些手机都是通过大像素切割的形式来实现所谓的 “无损变焦”，事实上也只是用到了数码变焦的原理并通过超采样技术优化处理照片，与真正的光学变焦完全不搭边。

而一些跑偏的手机厂商也曾尝试过强硬把光学变焦摄像头塞到手机上，比较经典的有三星的 Galaxy S4 Zoom、K Zomm。虽然实现了实打实的10 倍光学变焦，不过整体手机厚度上就比较难让人接受，也失去了手机该有的便携特性。

iPhone 7 Plus 上所谓的 2 倍光学变焦，其实也是通过直接切换另一个长焦距摄像头来实现的，只能说是一个不错的尝试，然而并不是一个真正的光学变焦。

事实上除了以上这些强行实现变焦的方式之外，还有另一个不错的光学变焦解决方案是可以考虑的，这就是潜望式光学变焦。

先了解一下什么是潜望式结构，这个潜望式光学变焦也俗称内变焦，它是一种可以在机器内部通过镜片模组的浮动调节焦距，无需摄像头突出就能够实现光学变焦。而且因为镜片模组全部都在机器内部，所以密封性能也会更好。这个技术并不是什么新型技术，很早以前就在便携数码相机上出现了。

这种结构的光学变焦摄像头对画质的成像影响不大，而且可以让机器做得更轻薄小巧。也没有突出于机身长长的摄像头筒，避免了拍摄时容易因为小意外而导致整个摄像头被破坏。而且因为密封性好，很多使用潜望式摄像头的相机都可以做成三防相机。

在手机领域上，最早在 2004 年夏普也曾出过一款潜望式手机 —— V602SH，拥有 2 倍光学变焦，搭载 130 万像素的 CCD 感光元件。

就算换到智能机时代来说，第一款使用潜望式摄像头的则是华硕在 2015 年底推出的 ZenFone Zoom，采用日本 HOYA 的 10 片式摄像头模组，1300 万像素主摄像头带光学防抖，可以实现 3 倍光学变焦。

这个 HOYA 潜望式摄像头模组是在 2014 年才研发成功，想要把它放置到手机内部也是极不容易，因为光学元件和整体结构还是需要一定的内部空间，对于现在以轻薄为设计主流的智能手机而言，这是一个极大的问题。现在主流的手机摄像头模组只需要空出一小块地方就能塞下摄像头，但是长条形的整个潜望式摄像头模组就不是那么回事了，所以华硕推出的 ZenFone Zoom 也得在背后突出一个大大的空间来放置这个摄像头模组。

OPPO 手机今天在 MWC 2017 大会上也正式公布了自己的 5 倍无损变焦潜望式镜头，接下来要加入这项技术，相信手机厚度也较难把控。虽然 OPPO 官方宣称已经把潜望式摄像头模组 5.7mm，但这边不意味着手机厚度就是 5.7mm，真机肯定要厚不少。

在这里再多说一下 OPPO 的那个潜望式 5 倍无损变焦技术，从官方公布的图片来看，相比起华硕 ZenFone Zoom 那个潜望式摄像头的结构有所优化，只使用了一面棱镜折射。但是从这些内部构造图上看不到光学变焦的结构零件，查证后基本可以确定 OPPO 的这个所谓 5 倍无损变焦只是一个固定的焦距，并没有真正的光学变焦功能，中间的 2X、3X、4X 变焦都是依靠数码变焦，只是到了 5X 变焦的时候就直接切换到长焦摄像头，这就与 iPhone 7 Plus 的伪 2 倍光学变焦的概念一样。

（左为 OPPO 5 倍无损变焦结构图，右为华硕 ZenFone Zoom 3 倍光学变焦结构图）

虽然使用真正的潜望式摄像头就必须要在手机的机身厚度上作取舍，但总算是实现了不需要摄像头突出就能够进行光学变焦的需求。而这种解决方案的成像效果，也要优于大像素裁剪数码变焦和通过切换不同焦距摄像头强行变焦的方案。

那么是不是说这种潜望式光学变焦摄像头就完全没有缺点呢？当然不是，因为这种棱镜折射和可利用空间过于狭窄的特殊结构，就导致了难以使用更大的感光元件和光圈，也没办法实现更高倍数的光学变焦，变焦速度也会比较慢，而且耗电需求也会更高。因此高端的数码相机也没有采用这种潜望式摄像头的设计，也因为结构空间和成本所限，没有成为主流的光学变焦方案。

所以华硕 ZenFone Zoom 推出的潜望式摄像头，也因为这个原因没办法为相机加入大光圈，最终只能使用 F/2.7-F/4.8 的光圈，这个光圈对于现在动辄 F/2.0 以上的大光圈来说肯定是吃亏的。白天光线充足的环境下当然问题不大，但是拍摄夜景、特别是使用光学变焦拍摄夜景就会显得非常吃力，就算这个潜望式摄像头已经加入了光学防抖，也补救不了多少成片率。

而 OPPO 在这次 MWC 大会上也完全没有提及过这个潜望式摄像头的像素和光圈，相信也是因为这个结构问题没办法加入更大的光圈而选择性地忽略掉这个信息。

就目前的技术而言，潜望式摄像头还是难以克服结构空间要求高和没办法适应大光圈镜头的问题，就算勉强使用到手机上也会容易因为成本和外形设计的问题而没办法成为爆款产品。

当然了，真正的潜望式摄像头概念还是很好的，应用前景也不错，只是因为如今的制作工艺技术问题而处于一个瓶颈状态。说不定以后有更新的光学工艺出现，就能够让这项技术更容易地普及开来，到了那个时候，手机就真的可以取代卡片机了。

lujian0605

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