|华为首发？明年拍照又有黑科技，液态镜头了解一下！
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随着9月份到来 ， 2020年新机潮的下半部分也正式开启 ， iPhone 12、小米10T Pro、Mate 40、一加8T等旗舰开始有大量消息流出 ， 似乎我们只要准备好钱等待发售就可以了 。 不过 ， 虽然下半年的配置已经确定 ， 但各大厂商已经紧锣密鼓地在为明年的旗舰做准备 ， 特别是在摄像方面 。 从供应链的情报看 ， 明年各大手机厂商都会在摄像头方面下功夫 ， 给粉丝带来惊喜 。
这些传闻中 ， 有一条消息格外瞩目：在下半年的Mate 40系列上 ， 华为将率先使用液态镜头 ， 来改善手机的拍照性能 ， 还有消息人士表示 ， 未来的华为P50系列也会将液态镜头技术作为主打卖点云云 。
这些传言虽然可信度不高 ， 但也并非无中生有：2020年4月份 ， 国家知识产权局批准了华为一项有关液态镜头的模组专利 ， 华为在专利描述中表示 ， 该模组能够让驱动液态镜头的马达满足自动对焦、光学防抖等性能要求 ， 同时提高马达在撞击、跌落等非正常工作情况下的可靠性 。
可以看到 ， 液态镜头将会是华为未来的拍照研究方向 ， 但说了什么多 ， 究竟什么才是液态镜头？而华为为何要使用它？
手机变焦之困
众所周知 ， 相机（包括专业镜头）的光学变焦都是通过内部的镜组移动来完成的 ， 镜片和其移动范围决定了变焦距离 。 但相较于单反镜头的硕大体积 ， 手机往往没有足够的空间进行变焦调节 ， 早期手机的变焦功能其实是就数码裁切 ， 用算法来进行细节弥补 ， 也就是常说的有损变焦 。
为了解决手机的变焦问题 ， 厂商也使出了浑身解数 ， 例如增加镜片数量、或者干脆上马一个专用的长焦镜头——这也是双摄的由来 。 但就算是双摄 ， 手机能拍到的“原生焦段”还是有限 ， 绝大部分场景依然要通过有损变焦来解决 。
当然 ， 头铁的厂商也有 ， 三星就是其中一个 ， 它提出了一个极为粗暴的方案——在手机上添加体积硕大的摄像头 ， 赢得变焦空间 。 虽然从结果来看 ， 三星的变焦手机Galaxy Zoom K在2014年就已经实现了十倍的无损光学变焦 ， 但其形态并不受市场的欢迎 。
在大家都在疯狂添加摄像头的时候 ， 2017年的MWC大会上 ， OPPO站了出来 ， 提出了一个富有创意性的设计——潜望式变焦方案 。 如今 ， 市面上所有支持五倍以上无损变焦的手机 ， 都采用了潜望式变焦的方案 。 说穿了 ， 潜望式变焦就是“用厚度换宽度” ， 通过一枚棱镜 ， 将射入光线横放 ， 镜组的活动限制就从手机厚度变成了手机宽度 。
但到了今年 ， 潜望式镜头也开始遇到瓶颈：如今的50倍变焦 ， 依然要靠多个不同焦段的摄像头完成“画面接力” ， 进行有损变焦；潜望式摄像头最多也只能给到十倍无损变焦 。 多个定焦摄像头+潜望式镜头 ， 让相机体积急剧扩大 ， 威胁到了其他元器件的生存空间 。
【|华为首发？明年拍照又有黑科技，液态镜头了解一下！】
为了让P40的变焦性能相较P30翻倍 ， 达到100倍的数字变焦 ， 华为特地将传统的潜望式变焦进行改造 ， 将3组棱镜放入到模组中 ， 光线经过五次折射才到达传感器 ， 虽然最终完成了100倍的目标 ， 但对于手机空间的利用也已到达了极限 。
而且 ， 潜望式变焦带来的光线衰减也是不可避免的 ， 光通过的介质越多 ， 光线的损耗就越大；除此之外 ， 由于光路横置的原因 ， 位于终点的传感器也从“躺着”变成了“竖着” ， 这反而限制了传感器的大小 。 今年火爆的“一亿像素传感器” ， 就不可能用在潜望式镜头上 。
从上图iFixit的S20 Ultra拆解片段中可以看出 ， 右后方一亿像素的镜头+传感器的体积已经和左后方的潜望式镜头体积相当 ， 根本不可能给大面积传感器“横向”摆放的空间 。 事实上 ， 当下的潜望式传感器顶多也只有1300万像素 。
潜望式传感器虽然给我们带来了百倍变焦和十倍无损变焦 ， 但它对于手机内部体积的挑战已经到了极限 ， 只有切换赛道 ， 才能给手机拍照带来新的可能 。
液态镜头成未来？
传统变焦手段“走到头”的原因 ， 就是因为多个固定镜头要进行前后推拉 ， 如果镜片不出现移动 ， 而是可以自己改变弧度 ， 进而改变光路 ， 那变焦难题不就迎刃而解了吗？
实际上 ， 液态镜头的原理并不复杂 ， 它比传统镜头更早的进入到我们的眼中——人眼之所以能无缝调节焦距 ， 就是因为睫状肌在自动调整晶状体的弧度 ， 人之所以近视的原因 ， 也是因为睫状肌长期收缩导致的痉挛 ， 肌肉无法正常舒张看清远方 。
液态镜头的原理就是如此 ， 通过电压改变液晶形成的镜片曲率 ， 从而实现焦距变化（其实 ， LCD屏幕就是利用液晶加压改变旋转方向的特性 ， 来让屏幕显示不同颜色） 。 2013年 ， 人们已经将液态镜头做到了1厘米左右的大小 ， 并能实现400焦段的清晰成像 。
除了液晶之外 ， 利用油和水的形变也能实现折射效果：通过施加电压 ， 让油层形成凸透镜 ， 产生聚光效果 。 不过从小雷找的资料来看 ， 施加的电压普遍在50V—100V左右 ， 在手机上实现的希望渺茫 。
除了用液晶和油之外 ， 液态镜头的探索方向也极为多样：利用液滴的高频振荡调整焦距、用挤压的办法直接调整液体曲率、利用液体对薄膜施加压力实现焦距调节……华为的专利其实并不算新奇 ， 2010年 ， 三星、索尼、佳能就有了液态镜头的相关专利 ， 而液态镜头要上手机的传闻甚至可以追溯到2006年 。
液态镜头的出现 ， 很好的缓解了传统光学变焦过程中镜片所占的体积 ， 尤其是在需要小型透镜的场合下——例如肠内镜 ， 液态镜头发挥出了非常大的威力 。 加州大学就曾利用液态镜头 ， 为病人做了胆囊切除术；液态镜头也已经被用在了微型扫码器上 。
但在手机上 ， 液态镜头的发展空间依然有限 ， 不提改变液体曲率的方法能否在手机内部那小小空间内有效实现（利用高压、震荡） ， 也不提它的高昂成本（工业用的液态镜头扫码器在500元左右） ， 液态镜头的色散、畸变情况较为严重 ， 光学特性大幅落后于当今的成熟镜组 ， 在短时间内 ， 我们恐怕见不到它的身影 。
可以说 ， 近几年层出不穷的“液态镜头”传闻 ， 某种意义上也表达了人们对于液态镜头前景的看好：体积小、没有活动组件、变焦广 。 但理想虽美好 ， 现实很骨感 ， 从目前来看 ， 变焦镜头依然是小众市场的贵客 ， 很难适用于手机这般用途广阔的使用场景 ， 小雷虽然支持各大手机厂商对液态镜头的研究 ， 但也呼吁吃瓜群众保持冷静 ， 耐心等候佳音就好 。
图片来自：丁香园
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