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手機(jī)焦段發(fā)展史：從直立式長(zhǎng)焦到潛望式長(zhǎng)焦

手機(jī)長(zhǎng)焦究竟何去何從？這是一個(gè)令很多廠(chǎng)商都思考許久的問(wèn)題。第一部搭載攝像頭的手機(jī)只有30萬(wàn)像素，彼時(shí)還沒(méi)有數(shù)碼變焦的這一概念。然而，作為生活中時(shí)時(shí)刻刻都在陪伴我們的工具，手機(jī)幾乎是我們看到想記錄的東西，唯一伸手可用的記錄工具，這使得很多人都希望手機(jī)拍照能夠做的畫(huà)質(zhì)更強(qiáng)，焦段更多，拍照更方便。因此，在諾基亞手機(jī)上引入了數(shù)碼變焦，在iPhone上引入了高達(dá)4倍的數(shù)碼變焦。隨后，三星想到把卡片機(jī)和手機(jī)結(jié)合，做出了10倍光學(xué)變焦的卡片手機(jī)，但是事實(shí)證明，這種手機(jī)形態(tài)在當(dāng)時(shí)不被消費(fèi)者所接受，因?yàn)橹钡浆F(xiàn)在，在手機(jī)上引入突出式機(jī)械結(jié)構(gòu)都是一個(gè)不太明智的決定，但是它反應(yīng)了人們的希望手機(jī)拍照能夠更好的需求。雖然如此，手機(jī)廠(chǎng)商一直沒(méi)有放棄將長(zhǎng)焦引入手機(jī)，直立式長(zhǎng)焦作為引入的第一代長(zhǎng)焦，首發(fā)于iPhone7plus，從此手機(jī)廠(chǎng)商開(kāi)始了對(duì)長(zhǎng)焦路線(xiàn)的發(fā)展的探索。隨后，在18年，華為在p20Pro上引入了3倍直立式長(zhǎng)焦，隨后在mate20Pro上加了超廣角，第一次做成了全焦段手機(jī)。在19年，手機(jī)長(zhǎng)焦再做的更長(zhǎng)，似乎已經(jīng)成為了一個(gè)死命題，因?yàn)槭謾C(jī)長(zhǎng)焦需要長(zhǎng)焦距，但是彼時(shí)攝像頭凸起只有10mm左右，做不到那么長(zhǎng)的焦距。因此，借鑒相機(jī)的潛望式鏡頭的原理，通過(guò)將長(zhǎng)焦距從縱向變成橫向，即做成了潛望式長(zhǎng)焦，華為在p30Pro上，OPPO在Reno十倍變焦版上幾乎同時(shí)實(shí)現(xiàn)了5倍光學(xué)變焦。而進(jìn)入19年，華為察覺(jué)到手機(jī)各焦段強(qiáng)主攝卻弱其他的問(wèn)題，在超廣角引入imx608傳感器做成雙主攝，此時(shí)手機(jī)進(jìn)入雙主攝時(shí)代。而長(zhǎng)焦，華為則希望繼續(xù)挑戰(zhàn)更強(qiáng)變焦能力（雖然現(xiàn)在各家通過(guò)在長(zhǎng)焦端引入搖搖樂(lè)部分解決了大底長(zhǎng)焦解析力弱的問(wèn)題，但是大底潛望式長(zhǎng)焦解析力依然弱于imx520等小底長(zhǎng)焦，因?yàn)閕mx520有全高dti，天生是一顆為長(zhǎng)焦高解析力而生的傳感器），因此放棄了三主攝路線(xiàn)，決定繼續(xù)挑戰(zhàn)更長(zhǎng)焦距的長(zhǎng)焦。但是雖然可以向橫向借用空間，但是手機(jī)的橫向空間也有限，因此為了維持小機(jī)身好手感，華為引入了多反射長(zhǎng)焦，企圖在一個(gè)小空間內(nèi)盡可能延長(zhǎng)光路，做到更長(zhǎng)焦距，因此華為在20年將長(zhǎng)焦做到了10倍焦距。

于此同時(shí)，三星和小米采用了另一個(gè)長(zhǎng)焦路線(xiàn)，那就是19年曾經(jīng)被華為放棄過(guò)的大底長(zhǎng)焦路線(xiàn)，彼時(shí)華為因?yàn)橄Ｍ^續(xù)卷極限變焦賽道，而大底長(zhǎng)焦對(duì)極限變焦不利，因此棄用。大底長(zhǎng)焦的引入使得手機(jī)長(zhǎng)焦端的進(jìn)光量大增，終于不再是一到晚上就摸瞎了，至少有了一戰(zhàn)的能力。當(dāng)然同期華為也做了ryyb長(zhǎng)焦企圖解決長(zhǎng)焦端夜景能力弱的問(wèn)題，但是ryyb效果不如小米的大底長(zhǎng)焦好。

第二階段：多主攝方案的崛起和潛望式長(zhǎng)焦的危機(jī)

時(shí)間進(jìn)入2021年，華為因?yàn)橹撇脹](méi)法繼續(xù)卷更長(zhǎng)焦距的長(zhǎng)焦了，因此也回到大底長(zhǎng)焦路線(xiàn)。而小米11ultra也率先在各個(gè)焦段做高素質(zhì)，首發(fā)了三主攝長(zhǎng)焦系統(tǒng)。隨著時(shí)間的進(jìn)一步推移，繼續(xù)卷更長(zhǎng)焦距的極限變焦，對(duì)成本和機(jī)身設(shè)計(jì)都是考量（華為的10倍多反射長(zhǎng)焦成本高達(dá)30+美金一顆，相當(dāng)于s20u主攝加長(zhǎng)焦的bom成本?。?，因此手機(jī)廠(chǎng)商紛紛回到了開(kāi)始——不再進(jìn)一步卷極限變焦，而是切切實(shí)實(shí)提升每個(gè)焦段的素質(zhì)，并且盡可能做的越來(lái)越均衡，這就是手機(jī)廠(chǎng)商的多主攝化，在卷極限變焦，各種高成本工業(yè)設(shè)計(jì)斗智斗勇的輝煌年代過(guò)去后，手機(jī)廠(chǎng)商終究還是回到了最務(wù)實(shí)的那條路。

在多主攝化的今天，長(zhǎng)焦端也需要更好的硬件素質(zhì)。但是這和手機(jī)機(jī)身限制又發(fā)生了沖突，在主攝卷到一英寸的當(dāng)下，長(zhǎng)焦端卷更大的底，和手機(jī)的厚度發(fā)生嚴(yán)重沖突。作為參考，最厚的imx520的p40Pro+的長(zhǎng)焦厚度僅5.5mm，而1/2大底潛望式長(zhǎng)焦厚度已經(jīng)達(dá)到6mm，接近極限了。雖然OPPO率先把潛望式長(zhǎng)焦做到凸臺(tái)里面，在長(zhǎng)焦端塞下imx890這種1/1.56寸規(guī)格傳感器，但是那是大凸臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，并且，1/1.5寸已經(jīng)是極限。并且，越來(lái)越多的消費(fèi)者已經(jīng)體會(huì)到一寸傳感器激凸所造成的后果，對(duì)激凸，厚重的板磚級(jí)機(jī)身說(shuō)不，未來(lái)縮小凸臺(tái)高度是必然，imx989配21mm甚至20mm鏡組也是必然。這時(shí)候，潛望式長(zhǎng)焦可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)足夠的厚度來(lái)塞下1/1.5寸的底了。并且雖然OPPO打出了夜景長(zhǎng)焦的口號(hào)，但是對(duì)于這顆f/2.8的imx766長(zhǎng)焦，它的進(jìn)光量和一般的主攝相比，只有1/2寸主攝的水平，對(duì)于夜景來(lái)說(shuō)，目前imx586主攝手機(jī)夜景是什么水平，和目前旗艦相比水平如何，相信不是一個(gè)難體會(huì)的問(wèn)題。

手機(jī)多主攝化要求更高素質(zhì)的長(zhǎng)焦的需求和手機(jī)目前要求逐漸輕薄回去化的厚度之間形成了新的矛盾。并且，潛望式長(zhǎng)焦非常占用機(jī)身空間，OPPO的imx890長(zhǎng)焦等效焦距只有60多mm就已經(jīng)能說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，做一般的90mm，體積估計(jì)可以輕松超過(guò)10倍潛望式，素質(zhì)再做高，不太可能了。并且，伴隨著多主攝，潛望式長(zhǎng)焦的問(wèn)題也隨之而來(lái)：首先，受制于厚度，鏡片做不大，意味著光圈做不大；這對(duì)手機(jī)長(zhǎng)焦是個(gè)嚴(yán)重的缺陷，要知道光圈直接和進(jìn)光量成正相關(guān)。并且，手機(jī)潛望式長(zhǎng)焦受限于棱鏡，光學(xué)防抖的角度做不大。要知道焦距越長(zhǎng)，安全快門(mén)越短，因此就需要越好越靈敏的光學(xué)防抖。和主攝光學(xué)防抖能做到甚至3度（s23ultra）不同，潛望式長(zhǎng)焦的光學(xué)防抖一般只有0.5度到1度。因此，這點(diǎn)防抖角度撐死也就是晚上拍拍月亮這種非常亮的目標(biāo)的水平，至于像主攝那樣拍不太亮的東西是個(gè)問(wèn)題，本來(lái)長(zhǎng)焦就更抖，ois角度還做不大，意味著夜間每幀曝光時(shí)間就會(huì)特別短，于此帶來(lái)的則是比較差的夜間實(shí)用性。很多人拿到就算是大底長(zhǎng)焦也只能拍一些比較亮的場(chǎng)景，就是這個(gè)問(wèn)題。簡(jiǎn)而言之，手機(jī)潛望式長(zhǎng)焦誕生就是為了卷更長(zhǎng)焦距的，本身就是為了極限變焦，在手機(jī)端做不到高素質(zhì)。潛望式長(zhǎng)焦本身就不是為了更高素質(zhì)誕生的。

手機(jī)長(zhǎng)焦發(fā)展到現(xiàn)在面臨了新的問(wèn)題。一句話(huà)概括，就是手機(jī)長(zhǎng)焦在卷原生焦距極限變焦和大底長(zhǎng)焦兩條賽道都卷到頭了。如何進(jìn)一步提升長(zhǎng)焦素質(zhì)，看來(lái)需要換賽道了。有一種可能，甚至需要換形態(tài)才能解決問(wèn)題了。

直立式長(zhǎng)焦的文藝復(fù)興

這時(shí)一種新的方案脫穎而出，它就是直立式長(zhǎng)焦。在前面已經(jīng)說(shuō)了，直立式長(zhǎng)焦的最大問(wèn)題是焦距做不長(zhǎng)。但是隨著現(xiàn)在手機(jī)主攝z軸的高度逐漸增加，這也意味著直立式長(zhǎng)焦也能繼續(xù)做長(zhǎng)焦距了。

直立式長(zhǎng)焦它有什么優(yōu)勢(shì)？在解釋它之前，先來(lái)談?wù)勈謾C(jī)為什么需要大底。一般的認(rèn)為手機(jī)大底在兩個(gè)方面具有優(yōu)勢(shì)：第一是同光圈下進(jìn)光量有優(yōu)勢(shì)，第二個(gè)是大底一般代表大阱容，因此代表更好的寬容度。因此，我們追求大底，可以看成是在卷兩個(gè)賽道：一個(gè)大進(jìn)光量，一個(gè)大阱容。前者決定夜間照片的信噪比，后者決定寬容度。

想要大進(jìn)光量就一定需要大底嗎？當(dāng)然不是，mate50揭示了通過(guò)大光圈，一樣可以通過(guò)小底做到不輸一英寸的大底的進(jìn)光量。并且長(zhǎng)焦焦距更長(zhǎng)，做大光圈相比主攝有更大的優(yōu)勢(shì)：長(zhǎng)焦一般就算是超大光圈，邊角畫(huà)質(zhì)也不會(huì)多劣化，邊緣畸變更是沒(méi)有。畢竟努比亞的35mm稍微長(zhǎng)了一點(diǎn)焦距的鏡頭就可以做到全鏡頭域mtf幾乎不變化了。不像23mm主攝，給大光圈邊角就崩，想保邊角就得上超貴的1g甚至2g的玻塑混合鏡組，或者上可變光圈縮光圈用。長(zhǎng)焦給大光圈這些都不需要。

至于阱容，也不一定和大底相關(guān)。曾經(jīng)三星isocell沒(méi)有開(kāi)始卷小像素工藝的時(shí)候，底大幾乎和原生大阱容就是等價(jià)的，因?yàn)槟菚r(shí)候大阱容工藝只有索尼有。而三星的到來(lái)則打破了這個(gè)定律。和索尼的989通過(guò)1.6微米超大像素才實(shí)現(xiàn)12ke-的阱容不同，三星最近小像素工藝已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)10ke-的阱容只需要0.6微米的像素了。當(dāng)然大像素不代表大阱容，你看gn2也是isocell造的，1.4微米的阱容只有8ke-，還不及imx700的1.22微米的9ke-是吧，越大像素越難造大阱容。

因此，三星小像素工藝的到來(lái)打造了一個(gè)悖論：通過(guò)高阱容的小像素工藝，小底的總阱容甚至媲美大底。當(dāng)然有人會(huì)說(shuō)用小像素打造一個(gè)大底不就得了還是底大一級(jí)壓死人。但是像素的阱容不能直接合并，它受多種因素影響，雖然目前三星hp2十六合一單像素阱容160ke-，但是目前的實(shí)測(cè)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)hp2比imx989寬容度高多少。更何況，現(xiàn)在長(zhǎng)焦大底傳感器大部分用的都是索尼，索尼在阱容方面已經(jīng)沒(méi)什么優(yōu)勢(shì)了。最后，三星甚至放衛(wèi)星要在0.5微米大小的像素上做10ke-的阱容，要知道imx700的阱容也沒(méi)有這么大。

所以，最后我們可以得到結(jié)論，那就是三星小像素工藝的逐步推進(jìn)，底大一級(jí)壓死人在長(zhǎng)焦端顯然成了悖論。進(jìn)光量，直立式長(zhǎng)焦端可以做大光圈，因此進(jìn)光量相比大底可能一樣甚至更多；至于阱容，小像素工藝已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)過(guò)去大像素才能實(shí)現(xiàn)的阱容。所以，長(zhǎng)焦端不再需要大底了。

隨著手機(jī)長(zhǎng)焦逐漸素質(zhì)化，大底潛望式長(zhǎng)焦等效焦距也在不斷縮短。最開(kāi)始的小米10ultra是5倍，等效120mm，隨后p50Pro是90mm，3.5倍，現(xiàn)在OPPO甚至做到60mm，等效2.5倍。不斷縮短的潛望式長(zhǎng)焦也代表著相同的效果可以用直立式長(zhǎng)焦達(dá)到。有人會(huì)疑問(wèn)直立式長(zhǎng)焦能做到潛望式長(zhǎng)焦這么高的解析力嗎。當(dāng)然可以，因?yàn)橹绷⑹介L(zhǎng)焦雖然像素小，但是它可以做到很大的光圈，因此就算是小像素，它也可以輕松做到超過(guò)衍射極限。因此，直立式長(zhǎng)焦也一樣可以做100倍數(shù)字變焦，而且畫(huà)質(zhì)還是可用水平。

而剩下的東西幾乎全是直立式長(zhǎng)焦的優(yōu)勢(shì)。直立式長(zhǎng)焦可以做更大角度的ois，甚至上微云臺(tái)，意味著夜間拍攝單幀進(jìn)光量急劇飆升。之后是體積問(wèn)題。直立式長(zhǎng)焦可能可以比潛望式長(zhǎng)焦省下接近2/3的體積，甚至相比10倍鏡組，它可以省下3/4（華為多反射10倍）甚至4/5（三星）的空間占用，這樣，imx789級(jí)別可變光圈f/1.4大底、高素質(zhì)長(zhǎng)焦和imx608超廣角這夢(mèng)幻三攝，可能可以在小米13這種體積的小機(jī)身上實(shí)現(xiàn)。除了鏡頭凸出稍微多一點(diǎn)以外（為了握持感和放桌上不蹺蹺板，我傾向于把這三攝凸臺(tái)放手機(jī)中間），這種小手機(jī)的拍照實(shí)力可能比12su還強(qiáng)（主攝進(jìn)光量大于12su，長(zhǎng)焦進(jìn)光量大于12su，超廣角更是比12su更強(qiáng)）。

舉個(gè)例子？

現(xiàn)在舉個(gè)例子充分說(shuō)明直立式長(zhǎng)焦的優(yōu)勢(shì)。首先，直立式長(zhǎng)焦就算是5p鏡頭給f/1.4光圈，也不會(huì)崩邊，因此直立式長(zhǎng)焦假設(shè)給f/1.4超大光圈。之后，等效焦距給80mm，底呢就假設(shè)三星放的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了，做出了0.5微米 10ke-阱容的5000萬(wàn)像素，那么這個(gè)底的大小是1/3.5寸。這樣90mm鏡頭的物理焦距是9.4mm，比較匹配一英寸的厚度，入射光通直徑為6.7mm，實(shí)現(xiàn)也沒(méi)什么難度（畢竟一英寸底末端鏡片直徑17mm，造直徑不到7mm的鏡片沒(méi)什么問(wèn)題）。

先看進(jìn)光量。進(jìn)光量正比于像素*光圈，這顆長(zhǎng)焦是0.5/1.4，因此對(duì)于imx890長(zhǎng)焦，單像素1微米，它需要給f/2.8光圈才能實(shí)現(xiàn)同樣的進(jìn)光量。因此，這顆長(zhǎng)焦的單像素進(jìn)光量不輸于imx890的大底潛望式長(zhǎng)焦。

再看阱容。imx890的阱容是不足10ke的，因此這顆長(zhǎng)焦的阱容也是更大。因此白天可以實(shí)現(xiàn)更好的寬容度，在夜間也會(huì)有增益，一會(huì)再說(shuō)。

之后是光學(xué)防抖。imx890的80mm f/2.8潛望式長(zhǎng)焦配的棱鏡直徑應(yīng)該達(dá)到7.5mm大小了，總重量可以根據(jù)大小和玻璃的密度算出來(lái)：560mg，總重量甚至大于它的長(zhǎng)焦鏡頭。因此，這么重的棱鏡，推動(dòng)它需要很大的力氣，因此勢(shì)必也做不到很高的靈敏度，防抖角度也不會(huì)太大。相反，現(xiàn)在看直立式，它的鏡組是樹(shù)脂材質(zhì)，總重可能只有200mg。再配合直立式結(jié)構(gòu)有更多的運(yùn)動(dòng)空間，它的防抖角度可能是潛望式的3倍。這意味著它的單幀曝光時(shí)間就可以達(dá)到潛望式長(zhǎng)焦的3倍，從而帶來(lái)夜景也可用的畫(huà)質(zhì)。

最后是解析力。線(xiàn)解析力正比于光圈，因此f/1.4的光圈是f/2.8的兩倍，因此f/1.4光圈的線(xiàn)解析力是f/2.8的兩倍，考慮到1微米的890像素大小是0.5微米的2倍，因此這兩顆長(zhǎng)焦的線(xiàn)解析力是完全相同的。

也就是說(shuō)，在最核心的感光能力和寬容度上，這顆直立式長(zhǎng)焦完全是和底大4倍的imx890是一樣的。之后，在虛化上，因?yàn)橥咕喙馊Ω?，虛化效果更好；夜景上，由于直立式更好做ois，因此出片率更高，并且進(jìn)光量更大，從此長(zhǎng)焦夜景拍暗處也能出片了，真正達(dá)到長(zhǎng)焦當(dāng)主攝用的目的；占用面積上，相比潛望式長(zhǎng)焦，占用面積更小，機(jī)身因此也能做的更小巧輕??；最后成本上，直立式長(zhǎng)焦的成本相比潛望式這種含有很多復(fù)雜元件的長(zhǎng)焦鏡頭成本要低的多，首先不含棱鏡，其次鏡片更小，ois更好做，對(duì)焦馬達(dá)和ois都可以省成本，組裝上直立式也比潛望式更好組裝，良率更高；最后大底比小底更貴。

總結(jié)

是時(shí)候?qū)θ膬?nèi)容做一個(gè)總結(jié)了。潛望式長(zhǎng)焦目前發(fā)展已經(jīng)接近瓶頸，并且潛望式長(zhǎng)焦主要有以下問(wèn)題：雖然能塞大底，但是做不了大光圈，無(wú)法做好的ois防抖，因此素質(zhì)無(wú)法適應(yīng)目前多主攝化的趨勢(shì)，貴，極其占用機(jī)身空間，使得有潛望式長(zhǎng)焦的手機(jī)不好好做內(nèi)部堆疊幾乎個(gè)個(gè)都是大板磚。

在三星像素小型化、以及鏡組凸起高度不斷增加、大底潛望式長(zhǎng)焦焦距不斷縮?。?40mm到120mm到90mm到60mm）的今天，一些大底潛望式長(zhǎng)焦焦距已經(jīng)和小底直立式重合的當(dāng)下，意味著小底直立式長(zhǎng)焦已經(jīng)有了復(fù)興的可能性。以前小底3倍素質(zhì)弱是因?yàn)楸藭r(shí)小像素工藝還不成熟，1微米像素阱容低、且3倍只有800萬(wàn)像素像素?cái)?shù)過(guò)小，但是這并不意味著直立式長(zhǎng)焦就弱。通過(guò)三星不斷推進(jìn)小像素工藝，縮小像素大小、提升小像素的阱容，加上采用超大光圈，直立式長(zhǎng)焦可以在動(dòng)態(tài)范圍、進(jìn)光量、解析力上絲毫不弱于大底潛望式長(zhǎng)焦，并且直立式長(zhǎng)焦可以用大光圈做更大的虛化、直立式結(jié)構(gòu)可以做更大角度的光學(xué)防抖甚至用微云臺(tái)加直立式長(zhǎng)焦的方案、更節(jié)省體積可以做更小巧的機(jī)身（10倍鏡組的1/4到1/5大小）、以及更便宜的成本（imx890大底潛望式長(zhǎng)焦模組的1/3～1/5的成本），有望成為未來(lái)成本敏感、又希望長(zhǎng)焦素質(zhì)能盡可能逼近主攝的手機(jī)廠(chǎng)商的最優(yōu)之選。

并且，除非未來(lái)潛望式長(zhǎng)焦繼續(xù)做10倍或以上原生高解析力鏡頭，在只做2～5倍焦段的情況下，經(jīng)過(guò)大光圈設(shè)計(jì)的小底直立式長(zhǎng)焦相比大底潛望式長(zhǎng)焦效果近似一樣，甚至很多指標(biāo)都是更優(yōu)秀的。而繼續(xù)做10倍及以上焦段的目前只有三星和華為有實(shí)力，但是華為因?yàn)橹撇脹](méi)有能力，三星的10倍雖然白天極限解析力很好，夜晚的素質(zhì)已經(jīng)嚴(yán)重弱于大底潛望式長(zhǎng)焦和這種大光圈直立式長(zhǎng)焦，估計(jì)未來(lái)要么繼續(xù)做20倍甚至更高倍數(shù)光學(xué)變焦的鏡頭獨(dú)創(chuàng)優(yōu)勢(shì)，但是手機(jī)顯然沒(méi)有足夠空間容納20倍鏡組，要么逐步三星也會(huì)切換到大底潛望式長(zhǎng)焦來(lái)，而這時(shí)各家各異的大底潛望式長(zhǎng)焦相比大光圈直立式長(zhǎng)焦，實(shí)際上拉不開(kāi)差距，因此未來(lái)長(zhǎng)焦從成本高昂的潛望式換到直立式可能是最優(yōu)解，因此基于此筆者判斷在三星小像素工藝持續(xù)推進(jìn)的當(dāng)下，優(yōu)質(zhì)高像素小底直立式長(zhǎng)焦可能是大部分手機(jī)廠(chǎng)商的最終歸宿，而小米13Pro的長(zhǎng)焦已經(jīng)充分證明了這種方案的優(yōu)異性。