自從第一款帶有相機的手機問世以來，相機就一直是手機的核心功能。早期，手機廠商主要通過增加攝像頭的像素來提高在這一方面的競争力。近年來，随着智能手機競争的加劇，很多手機廠商在相機功能上進行了創新。而在其中潛望式變焦技術越來越受到追捧，它支持5倍或10倍的光學變焦，便于快速、輕松地放大遠處的景物。下面，我們就來介紹潛望式變焦鏡頭的用途、優缺點以及使用前景。

首先，我們簡單了解一下出現這一技術創新的原因。最早是攝像頭的增加，當一顆攝像頭不能同時實現幾種功能時，手機廠商給後置相機增加了一個攝像頭。比如，蘋果于2016年在iPhone 7 Plus上推出了2倍光學變焦的長焦攝像頭（除了光學變焦外，這顆攝像頭還被用來捕捉背景深度數據，可以更好地拍攝人像照片）。然而，智能手機在這種拉近遠距離的探索上有着悠久的曆史，2013年，諾基亞推出了搭載4100萬像素攝像頭的Lumia 1020。雖然這款手機并不支持任何形式的變焦，但4100萬像素傳感器拍攝的巨大圖像可以放大裁剪，以模拟變焦。時至今日，智能手機品牌也在使用類似的策略來推廣大像素的手機相機，比如6400萬像素甚至1.08億像素。

同時，一些品牌也在不久後嘗試了類似點陣相機的移動鏡頭設置。例如，三星在2013年推出了Galaxy S4 Zoom，它配備了一個凸出的10倍光學變焦鏡頭和氙氣閃光燈，導緻其和數碼相機的相似度非常高，以至于Galaxy S4 Zoom更應該稱作是“手機相機”，而不是“相機手機”。次年，三星又推出了相同功能的Galaxy K Zoom。

當時，智能手機上的潛望式變焦鏡頭的概念仍然相當新穎。而到了2017年的MWC上，OPPO首次展示了潛望式變焦攝像頭的光學變焦功能，但并沒有立即量産。将潛望式變焦鏡頭發揚光大的應該是華為，2019年，華為推出了P30 Pro，将潛望式變焦鏡頭概念進行了一次普及，而華為也成為第一個量産這一技術的品牌。正如評測中所看到的那樣，華為P30 Pro可以在50倍的數字變焦下進行拍攝。

接下來，我們了解下該技術實現的原理。按照書上的定義，潛望鏡是一種光學儀器，可以讓人在不能直接看到景象的時候通過它能看到周圍的情況。傳統上，它包括發射的鏡面或以直角折射光線的棱鏡，使人能夠看到他們實際視線之上或之下的東西。這一技術在坦克、潛艇或裝甲車上有廣泛應用。

在智能手機攝像頭上，這一技術的應用并沒有什麼不同。相對于提供2倍或3倍光學變焦的普通長焦攝像頭，潛望式變焦攝像頭通常通過使用多個單鏡頭與相機傳感器一起提供5倍或10倍光學變焦。潛望鏡的作用是幫助容納一系列鏡頭，而不會大幅增加智能手機的厚度。

為了理解潛望鏡在手機相機模塊中的作用，我們可以按上圖所示，将智能手機以X、Y和Z坐标代表不同的軸進行三維排列。智能手機與屏幕平躺在YZ平面上，而其厚度可以沿X軸測量。傳統的攝像頭傳感器和連接的鏡頭也位于YZ平面上，垂直于Z軸。但在使用潛望式鏡頭的情況下，傳感器和鏡頭位于XZ平面上，并于Y軸成直角相交。在相機傳感器對面，有一個棱鏡，可以改變垂直于傳感器的光線方向，直角棱鏡采用的是方形或矩形切口而不是傳統的圓形切口。

光線從潛望式變焦鏡頭的矩形切口進入，以直角折射，然後通過鏡頭到達傳感器。為了确保用5倍或10倍變焦拍攝的圖像清晰，潛望式變焦鏡頭配備了自動對焦支持。其中鏡頭向前或向後移動，以對傳感器遠處的物體進行對焦。

此外，在5倍或更高的變焦下，即使是細微的震動也會被放大，将導緻畫面不穩。為了避免這種偏移，潛望式變焦鏡頭内置了OIS或光學防抖功能，它可以讓棱鏡沿着多個軸線自由移動，以抵抗重力變化。

通過将鏡頭與直角棱鏡垂直于相機切口排列，智能手機廠商可以節省大量空間。而在單反相機中，潛望鏡設計也能利用鏡面或棱鏡來反射或折射從相機鏡頭到光學取景器的光線。雖然單反相機内的潛望鏡和智能手機上的潛望式變焦鏡頭之間沒有直接關系，但我們或許可以猜測後者的靈感來源于前者。

那麼潛望式變焦攝像頭和普通的長焦攝像頭有何不同呢？普通的長焦攝像頭是指那些可以進行光學變焦的攝像頭，不管是否有移動部件。相比之下，潛望式變焦攝像頭是長焦攝像頭的延伸。除了方向的不同，長焦相機和潛望式變焦鏡頭還可以通過觀察相機開口的形狀加以區分：普通長焦攝像頭的開口一般為圓形，而潛望式變焦攝像頭為方形或矩形。

并且，相對于普通長焦攝像頭來說，潛望式變焦攝像頭具有不少優點。它最凸出的優勢在于可以讓你在沒有任何鏡頭移動的情況下，拍攝遠處的物體或景物的效果接近于單反相機。同時，潛望鏡的垂直方向設置可以讓智能手機廠商将相機傳感器和必要的鏡頭安裝在手機内而不用付出增加手機厚度的代價。除了潛望式變焦攝像頭的焦距較長，非常适合捕捉遠處的物體外，OIS還能保證用潛望式光學變焦拍攝的圖像噪點比數字變焦少得多，在弱光或夜間拍攝的時候，該功能也很方便。

除了解決智能手機使用數字變焦所面臨的挑戰和局限外，智能手機上的潛望式變焦模塊還可以讓用戶窺探微觀世界。它可以用來拍攝微距照片，而不用離物體太近。如果你熱衷于拍攝昆蟲或微小的爬行動物，這一點尤其有用。

雖然潛望變焦相機增加了比數字變焦更有效地近距離放大物體的能力，但它也帶來了一定的限制。潛望式長焦攝像頭最大的挑戰在于，雖然它可以讓你自由地對遠處的物體進行光學放大，或者對微小的物體進行近距離觀察，但它的變焦能力卻被固定在一定的數值上。鏡頭内部空間有限，無法讓鏡頭陣列移動太多。這種移動隻能方便自動對焦，但不能進行放大或縮小。因此，它不能讓你像在數碼單反相機上移動變焦鏡頭那樣自由放大或縮小。

這意味着，盡管采用了潛望鏡設置，但數字變焦在潛望式變焦攝像頭所支持的倍率值以外的倍率值會啟動。例如，如果智能手機支持5倍光學變焦，潛望鏡相機将不會發揮作用，直到你放大到5倍變焦，而是繼續使用主相機或另一台長焦相機支持較小的數字變焦放大率。

現在，如果你想以高于5倍的焦距拍攝一些東西，比如說在10倍變焦的時候，智能手機會以潛望式變焦的5倍變焦拍攝，然後數碼變焦是2倍，從而實現10倍的變焦。手機廠商喜歡将其稱為 "混合 "變焦，即光學和數字變焦的結合。

潛望鏡相機的另一個關鍵缺點是，随着焦距的增加，視野變窄，相機開口的光圈比主相機小（假設兩個相機使用的鏡頭幾乎相同）。光圈小了，落在傳感器上的光量就會減少，導緻對環境光的要求更高。因此，與光圈大得多的主相機相比，使用潛望鏡相機拍攝的圖像要麼光線昏暗，要麼人為地曝光過度。這說明，雖然潛望式變焦的功能相當強大，但它缺乏實際移動長焦鏡頭所允許的多功能性。

潛望式長焦攝像頭的概念比長焦攝像頭有所進步，但上面所列舉的局限性說明了其還有很大的發展空間，需要一個更好的解決方案。作為第一家創新潛望式相機的公司，OPPO現在正在研究一種先進的概念，即可變焦距，可以實現可變光學變焦。2020年8月，OPPO透露了其 "混合光學變焦 "的概念，該概念利用7元件鏡頭設置。

這些鏡頭并不是所有鏡頭之間都是等距離的，而是分為三組，其中兩組可以自由移動，這種自由移動可以實現可變焦距，範圍在85mm和135mm之間，以及在3.3倍和5.2倍之間改變光學變焦。這可以與最高32萬像素分辨率的CMOS傳感器綁定，并支持4合1像素合成。

同時，小米還在研究一種可伸縮的鏡頭設置，它既可以作為攝像頭，也可以作為一個獨立的長焦鏡頭使用。這種機制的一個主要好處是，該鏡頭将利用比潛望模塊大得多的光圈，允許更多的光線，從而獲得更好的圖像。小米最早可能在2021年就會推出搭載這種可伸縮鏡頭的智能手機。

就連蘋果預計也将在2022年在iPhone上采用潛望鏡攝像頭。雖然離這一目标還有兩年時間，但在iPhone上采用潛望鏡相機可能會讓這一技術得到更加廣泛的普及。

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