「100倍变焦」的背后：「潜望式长焦镜头」如何炼成？

2020年上半年，众望瞩目的安卓两大重量级旗舰三星Galaxy S20 Ultra 和华为P40 Pro+，

纷纷把影像升级作为重头戏，带来了最大100倍变焦技术，刷新手机拍摄变焦倍数的记录，

堪称「超级望远镜」，甚至有网友声称「不仅拍月亮，还拍到了空间站」

100倍变焦的背后，是潜望式长焦镜头的运用，得以解决镜头模组和轻薄机身的冲突。

那么潜望式长焦镜头是什么？实现的原理是怎样？

1. 长焦镜头的原理

在了解「潜望式长焦镜头」之前，我们先要明白「长焦镜头」，

回忆一下小孔成像模型：近距离物体，短焦距的镜头成像；远距离物体，长焦距的镜头成像。

运用在手机上面，「焦距」指的是「镜头光心」到「感光面」之间的距离。

焦距越长，越能拍摄距离较远的物体，同时，拍摄的物体视角范围就越小。

将远处的物体放大呈现，意味着能够显示出更多的细节。

这就是光学变焦的由来，焦距越长，变焦倍数就越高。

2. 如何调整焦距

有两个方法可以调整焦距：一是改变透镜的厚度，然而这个方法在手机上并不可行，透镜的厚度无法随时改变。

二是利用凹透镜分散光线的原理，在两片凸透镜中间加入一片凹透镜，就能进行焦距调整。

当然，我们说的只是一个简单的原理，实际的手机镜片模组要复杂很多。

需要注意的是，单个镜片的焦距依然是固定的，可变焦距是整个镜片模组焦距的改变。

这就是光学变焦的原理，通过移动镜片改变焦距来实现拍摄物体的放大与缩小。

3. 潜望式结构

长焦镜头的焦距长，天然地需要更长的物理空间，所以长焦镜头比一般镜头更长。

然而，手机的机身厚度是很有限的。

传统的镜头模组，已经让手机背面的镜头部分凸起了，曾经广受非议。

因此，潜望式结构开始运用到手机上，通过增加一个三棱镜的方法，将光的线路旋转90度后，即将Y轴上的光线转变为X轴，再通过镜片模组进入到CMOS上。

这样镜头模组就可以横向放置机身里面，避免了原来的竖直摆放与超薄机身的冲突。

但是，这个方法也带来了新的问题

三棱镜在反射光线的时候，光线强度会出现较大程度地衰减，所以在暗光条件下会出现曝光不足。

而且，CMOS的摆放方式也与之前不同，由横向摆放转变为竖直摆放，因此，CMOS的高度就受到了机身厚度的限制。

也就意味着，无法放入大尺寸的传感器，限制了成像素质的进一步提高。

除此之外，较大面积的潜望式镜头模组，也占用了一定的机身空间，需要在续航散热等方面有所牺牲来配合。

还给防抖带来新的挑战等等

4. 依然是定焦镜头

很多人误以为：潜望式长焦镜头是通过改变镜片的位置来实现最高100倍变焦。

但是，通过拆解多个潜望式长焦镜头模组，我们却发现，这些镜头模组里面并没有可以移动的镜片。

这就是说，潜望式长焦镜头依然是定焦镜头，其焦距无法改变。

之所以没有采用光学变焦的设计，关键是真正的光学变焦非常占用空间。

在2015年发布的这款华硕Zenfone Zoom上，我们可以看到，这么大的镜头模组，最大只能实现3倍光学变焦。

而现在能够实现5倍甚至10倍的光学变焦，并不是因为光学设计有了突破性的发展，而是放弃了连续变焦的能力和相应结构。

5. 100倍变焦是如何实现的

华为P40 Pro+上的「潜望式长焦镜头」支持「10倍光学变焦」，已经是目前为止所有手机中最高的，但依然无法实现「100倍变焦」，这时候就需要「数码变焦」了。

数码变焦，是指将每一个像素面积增大，如同我们用手拉动放大照片一样，并不能呈现更多的细节。

不过，现在各个手机厂商都会运用算法来提升解析力，其原理就是通过对已有像素周边的色彩进行判断后，插入经过算法加入的像素。

潜望式长焦镜头的实质，是通过光学变焦和数字变焦的搭配使用，来实现50倍，60倍甚至100倍的变焦效果。

这确实有益于提升手机相机的可玩性，也是提升手机拍摄水平的有效方向。

同时，搭载「潜望式长焦镜头」的手机，价格普遍不菲，手机超长焦拍摄，对于绝大多数人，并非刚性的高频需求。

我们还应认识到：通过这种方式实现的高倍数变焦，成像效果远远无法媲美相同焦距的单反镜头。