最輕薄的光學變焦 潛望式手機攝像頭之路

我們日常的拍攝場景和取景需求，在絕大多數的情況下只需要使用短焦距的大廣角相機就足夠了。但是面對較遠的拍攝物或者想做一些特別的構圖，就需要用到變焦讓相機拍攝到自己需要的畫面。由於市場用戶取向要求手機盡可能地輕薄，所以目前絕大部分主流的智慧手機都只是使用數碼變焦來滿足這個需求。

不過在如今手機攝像頭圖元和硬體的規格設計都基本趨於穩定發展的情況下，又有不少廠商開始繼續探究手機攝像頭變焦的新形式了。畢竟普通的數碼變焦是依靠不斷擴大截取圖元來實現的，這就意味著數碼變焦倍數越大，圖元損失就越大，畫質就越差。為了解決在輕薄的手機上實現變焦的難題，國內外手機廠商可沒少為此折騰過。

常見的變焦解決方案，無非就是通過超大圖元的感光元件來實現所謂的 “無損變焦”。例如早幾年前的諾基亞 Lumia 1020 和華為的新旗艦 Mate 9 系列和 P10 系列，這些手機都是通過大圖元切割的形式來實現所謂的 “無損變焦”，事實上也只是用到了數碼變焦的原理並通過超採樣技術優化處理照片，與真正的光學變焦完全不搭邊。

而一些跑偏的手機廠商也曾嘗試過強硬把光學變焦攝像頭塞到手機上，比較經典的有三星的 Galaxy S4 Zoom、K Zomm。雖然實現了實打實的 10 倍光學變焦，不過整體手機厚度上就比較難讓人接受，也失去了手機該有的便攜特性。

iPhone 7 Plus 上所謂的 2 倍光學變焦，其實也是通過直接切換另一個長焦距攝像頭來實現的，只能說是一個不錯的嘗試，然而並不是真正的光學變焦。

事實上除了以上這些強行實現變焦的方式之外，還有另一個不錯的光學變焦解決方案是可以考慮的，這就是潛望式光學變焦。

先瞭解一下什麼是潛望式結構，這個潛望式光學變焦也俗稱內變焦，它是一種可以在機器內部通過鏡片模組的浮動調節焦距，無需攝像頭突出就能夠實現光學變焦。而且因為鏡片模組全部都在機器內部，所以密封性能也會更好。這個技術並不是什麼新型技術，很早以前就在便攜數碼相機上出現了。

這種結構的光學變焦攝像頭對畫質的成像影響不大，而且可以讓機器做得更輕薄小巧。也沒有突出於機身長長的攝像頭筒，避免了拍攝時容易因為小意外而導致整個攝像頭被破壞。而且因為密封性好，很多使用潛望式攝像頭的相機都可以做成三防相機。

在手機領域上，最早在 2004 年夏普曾出過一款潛望式手機 —— V602SH，擁有 2 倍光學變焦，搭載 130 萬圖元的 CCD 感光元件。

到了智慧機時代，第一款使用潛望式攝像頭的則是華碩在 2015 年底推出的 ZenFone Zoom，採用日本 HOYA 的 10 片式攝像頭模組，1300 萬圖元主攝像頭帶光學防抖，可以實現 3 倍光學變焦。

這個 HOYA 潛望式攝像頭模組是在 2014 年才研發成功的，要想把它放置到手機內部極不容易，因為光學元件和整體結構還是需要一定的內部空間，對於現在以輕薄為設計主流的智慧手機而言，這是一個極大的問題。現在主流的手機攝像頭模組只需要空出一小塊地方就能塞下攝像頭，但是長條形的整個潛望式攝像頭模組就不是那麼回事了，所以華碩推出的 ZenFone Zoom 也得在背後突出一個大大的空間來放置這個攝像頭模組。

OPPO 手機今天在 MWC 2017 大會上也正式公佈了自己的 5 倍無損變焦潛望式鏡頭，接下來要加入這項技術，相信手機厚度也較難把控。雖然 OPPO 官方宣稱已經把潛望式攝像頭模組降低到了 5.7mm，但這邊不意味著手機厚度就是 5.7mm，真機肯定還要厚不少。

在這裡再多說一下 OPPO 的這個潛望式 5 倍無損變焦技術，從官方公佈的圖片來看，相比起華碩 ZenFone Zoom 那個潛望式攝像頭的結構有所優化，只使用了一面棱鏡折射。但是從這些內部構造圖上看不到光學變焦的結構零件，查證後基本可以確定 OPPO 的這個所謂 5 倍無損變焦只是一個固定的焦距，並沒有真正的光學變焦功能，中間的 2X、3X、4X 變焦都是依靠數碼變焦，只是到了 5X 變焦的時候就直接切換到長焦攝像頭，這與 iPhone 7 Plus 的偽 2 倍光學變焦的概念一樣。

（左為 OPPO 5 倍無損變焦結構圖，右為華碩 ZenFone Zoom 3 倍光學變焦結構圖）

雖然使用真正的潛望式攝像頭就必須要在手機的機身厚度上做取捨，但總算是實現了不需要攝像頭突出就能夠進行光學變焦的需求。而這種解決方案的成像效果，也要優於大圖元裁剪數碼變焦和通過切換不同焦距攝像頭強行變焦的方案。

那麼是不是說這種潛望式光學變焦攝像頭就完全沒有缺點呢？當然不是，因為這種棱鏡折射和可利用空間過於狹窄的特殊結構，就導致了難以使用更大的感光元件和光圈，也沒辦法實現更高倍數的光學變焦，變焦速度也會比較慢，而且耗電需求也會更高。因此高端的數碼相機也沒有採用這種潛望式攝像頭的設計。同時受結構空間和成本所限，因而沒有成為主流的光學變焦方案。

所以華碩 ZenFone Zoom 推出的潛望式攝像頭，也因為這個原因沒辦法為相機加入大光圈，最終只能使用 F/2.7-F/4.8 的光圈，這個光圈對於現在動輒 F/2.0 以上的大光圈來說肯定是吃虧的。白天光線充足的環境下當然問題不大，但是拍攝夜景、特別是使用光學變焦拍攝夜景就會顯得非常吃力，就算這個潛望式攝像頭已經加入了光學防抖，也補救不了多少成片率。

而 OPPO 在這次 MWC 大會上也完全沒有提及過這個潛望式攝像頭的圖元和光圈，相信也是因為這個結構問題沒辦法加入更大的光圈而選擇性地忽略掉這個資訊。

就目前的技術而言，潛望式攝像頭還是難以克服結構空間要求高和沒辦法適應大光圈鏡頭的問題，就算勉強使用到手機上也會容易因為成本和外形設計的問題而沒辦法成為爆款產品。

當然了，真正的潛望式攝像頭概念還是很好的，應用前景也不錯，只是因為如今的製作工藝技術問題而處於一個瓶頸狀態。說不定以後有更新的光學工藝出現，就能夠讓這項技術更容易地普及開來，到了那個時候，手機就真的可以取代卡片機了。