iPhone 15 Pro Max 的 5 倍長焦，雖然細(xì)究很多思路不是第一次見到，但我認(rèn)為還是很值得講。

1、直立式光學(xué)系統(tǒng)的限制

實際上，在 iPhone 15 Pro Max 之前，iPhone 手機的中焦或中長焦均采用直立式的光學(xué)系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)相對于潛望式更加簡單，能實現(xiàn)更少的光損和更小的模組體積。但是問題是由于光軸不像潛望式一樣彎折了 90°，導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)所需要的長度會直接影響整個模組的 Z 軸高度

。 同時由于超廣角或廣角不同，長焦光學(xué)系統(tǒng)的等效焦距更長（也需要足夠的光程），雖然長焦光學(xué)系統(tǒng)的鏡片數(shù)量往往沒有廣角或超廣角光學(xué)系統(tǒng)那么多，但長焦相機即便在規(guī)格稍弱的情況下（光圈值和傳感器尺寸），長焦相機的光學(xué)系統(tǒng)的 Z 軸高度占用往往比廣角甚至超廣角還要大得多——這就是為何在大多數(shù)旗艦手機里，都需要使用潛望式光學(xué)設(shè)計來將長焦光學(xué)系統(tǒng)的 Z 軸高度轉(zhuǎn)化為 X 軸長度。

2、Only Apple has to do（ID 設(shè)計的限制 ）

我在之前的回答

里曾經(jīng)聊過，雖然以相機凸臺搶出的足以放下潛望式模組，但是由于 X 軸長度不夠，潛望式模組無法像直立式光學(xué)系統(tǒng)一樣最大化利用相機凸臺搶出來的 Z 軸空間，從而限制了在相同空間內(nèi)模組能夠?qū)崿F(xiàn)的規(guī)格（如更大的光圈、更長的等效焦距或更大尺寸的圖像傳感器等） 目前已經(jīng)量產(chǎn)解決的方案一共有兩種

，一種是增加凸臺本身面積使其有足夠的 X 軸空間容納整個潛望式模組（圖一）。

圖一：傳統(tǒng)潛望式長焦模組設(shè)計，相機的轉(zhuǎn)臺即指本文中的“相機凸臺”，來源：蘋果 另一種就是將折疊光路里的一部分鏡片給挪到反射棱鏡上面從而在凸臺有限的 X，Y 軸橫向空間內(nèi)也能吃到其帶來的 Z 軸空間福利（圖二）。

圖二：蘋果等效 85mm 潛望光學(xué)設(shè)計，可以看到第一片鏡片位于反射棱鏡前方，來源：蘋果 但是對 iPhone 來說，問題則更為棘手——因為從 iPhone 12 Pro Max 開始，iPhone 通常都使用類似火山口多級凸臺：只有相機的開孔位置做了最高的凸起，但是在 x，y 軸方向上凸臺的覆蓋面積并不大，同時在挖孔外側(cè)的第一級方形階梯的凸起高度也有限。（圖三）

圖三：并沒有能放下潛望長焦的一大塊凸臺，來源：蘋果 雖然這樣的設(shè)計搶出的 Z 軸高度已經(jīng)足夠容納大尺寸直立式鏡組了，但是只考慮容納直立式模組的凸臺設(shè)計并沒有為潛望式模組的空間需求留有足夠的裕量：相機開孔尺寸的限制以及挖孔外側(cè)凸臺橫向面積（X、Y 軸）和高度（Z 軸）不足導(dǎo)致在光路折疊后的鏡組高度和圖像傳感器高度將嚴(yán)重受其他元器件厚度以及 8.25mm 的機身厚度制約。

3、誰說光線只能折一次？

我們在第一章的時候提到過，長焦的光學(xué)系統(tǒng)雖然在長度上要長于廣角甚至超廣角鏡組，但這并不意味著鏡片數(shù)量要比后者要多。因為長焦的光路本就更容易滿足近軸條件，不需要太多鏡片來矯正像差。這導(dǎo)致長焦光學(xué)系統(tǒng)往往看著很大，但是內(nèi)部很多地方都是空的（圖四）——當(dāng)然這些“空氣層”還不能去掉，不然光程就不夠了，但我們是否能做點什么來盡可能縮小或者優(yōu)化空氣層所占的空間，來縮小成像光路呢？

圖四：佳能 EF600 F4L，可以看到絕大部分空間都是空的，來源：佳能 答案自然是有的，例如折返鏡頭就是讓光線在同一空間內(nèi)來回反射實現(xiàn)在滿足光程的同時減少空間占用。在手機端也有思路類似的解決方案（圖五）： 華為 P40 Pro+ 的 10× 模組上，華為在光學(xué)系統(tǒng)后面，通過一片 L 型反射鏡+一塊直角棱鏡組成了四個反射面，通過使經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后的光線來回彎折，在滿足長焦光學(xué)系統(tǒng)像距要求的同時大大地減少了整個 10× 長焦模組的 X 軸長度。

圖五：華為 P40 Pro+ 的 10× 長焦模組通過多重反射來減少長度占用來源：華為 iPhone 15 Pro Max 的 5× 長焦模組的設(shè)計也使用了類似的想法，蘋果調(diào)換了傳統(tǒng)潛望長焦中，先反射鏡，后光學(xué)系統(tǒng)的順序。改成了先光學(xué)系統(tǒng)，然后再使用反射鏡的方式。此時光學(xué)系統(tǒng)部分和傳統(tǒng)的直立式模組的光學(xué)系統(tǒng)完全相同，自然就能塞進為直立式模組設(shè)計，橫向空間不足的相機凸臺里了。而直立式長焦光學(xué)系統(tǒng)長像距對 Z 軸高度的影響則使用光學(xué)系統(tǒng)后的整個反射棱鏡將光線來回彎折來解決，同時圖像傳感器光軸和入射光軸平行，避免了圖像傳感器尺寸以及防抖運動對 Z 軸高度的影響

。

圖六：iPhone 15 Pro Max 潛望長焦設(shè)計，來源：蘋果 需要注意的是（圖七），蘋果并沒有采用潛望式模組常見的 45° 反射棱鏡，而是約 31°，一方面更小的角度有助于縮小棱鏡本身的 Z 軸高度，另一方面這也縮小了棱鏡的 X 軸長度——因為在相同 X 軸長度的棱鏡下，使用更小的角度有助于讓光線在棱鏡中走過的光程變多（之字形行進），反之在相同光程（此處即為相同像距）下 X 軸長度可以更小。

圖七：具體光路，來源：蘋果 從具體的光路（圖七）中我們也能發(fā)現(xiàn)，光線進入棱鏡后的第一個反射面和最后一個反射面入射角都偏大，可能難以滿足全反射條件，所以在這兩個反射面上可能需要增加高反射或鏡面圖層（圖八）。

圖八：涂層 570 即為高反射涂層，來源：蘋果 同時理論上不是棱鏡的所有部分都需要有光線通過，整個棱鏡有光線通過的部分更類似于之字形而不是現(xiàn)在的平行四邊形，存在引入雜光的風(fēng)險，所以需要在光線入射平面上構(gòu)建消光和抗反射涂層以及在平行四邊形棱鏡中打孔、設(shè)置凹口（圖八）或者干脆使用多片棱鏡膠合的方式在棱鏡中構(gòu)建消光措施來遮擋潛在的雜光（圖九）。

圖九：三片棱鏡膠合的方案，來源：蘋果 也許是為了盡可能縮小光學(xué)系統(tǒng)、棱鏡以及配套元器件的尺寸，iPhone 15 Pro Max 的棱鏡和光學(xué)系統(tǒng)都是固定死的部件，無法活動。蘋果通過讓圖像傳感器支持三軸運動，來實現(xiàn)對焦（Z 軸平移）和兩軸（X，Y 軸平移）圖像傳感器防抖（ISIS）。

圖十：諾基亞也曾在專利中展示過通過挪動圖像傳感器來實現(xiàn)對焦的方案，來源：諾基亞 原回答： https://www.zhihu.com/question/621768143/answer/3210188177 參考： https://www.zhihu.com/question/386176633/answer/1148565737 https://www.zhihu.com/question/591395537/answer/2950607603 https://www.bilibili.com/read/cv22784988/ https://www.bilibili.com/video/BV1Y94y1W7cQ/ ?