直立式长焦的文艺复兴：未来潜望式长焦的落幕

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手机焦段发展史：从直立式长焦到潜望式长焦

手机长焦究竟何去何从？这是一个令很多厂商都思考许久的问题。第一部搭载摄像头的手机只有30万像素，彼时还没有数码变焦的这一概念。然而，作为生活中时时刻刻都在陪伴我们的工具，手机几乎是我们看到想记录的东西，唯一伸手可用的记录工具，这使得很多人都希望手机拍照能够做的画质更强，焦段更多，拍照更方便。因此，在诺基亚手机上引入了数码变焦，在iPhone上引入了高达4倍的数码变焦。随后，三星想到把卡片机和手机结合，做出了10倍光学变焦的卡片手机，但是事实证明，这种手机形态在当时不被消费者所接受，因为直到现在，在手机上引入突出式机械结构都是一个不太明智的决定，但是它反应了人们的希望手机拍照能够更好的需求。虽然如此，手机厂商一直没有放弃将长焦引入手机，直立式长焦作为引入的第一代长焦，首发于iPhone7plus，从此手机厂商开始了对长焦路线的发展的探索。随后，在18年，华为在p20Pro上引入了3倍直立式长焦，随后在mate20Pro上加了超广角，第一次做成了全焦段手机。在19年，手机长焦再做的更长，似乎已经成为了一个死命题，因为手机长焦需要长焦距，但是彼时摄像头凸起只有10mm左右，做不到那么长的焦距。因此，借鉴相机的潜望式镜头的原理，通过将长焦距从纵向变成横向，即做成了潜望式长焦，华为在p30Pro上，OPPO在Reno十倍变焦版上几乎同时实现了5倍光学变焦。而进入19年，华为察觉到手机各焦段强主摄却弱其他的问题，在超广角引入imx608传感器做成双主摄，此时手机进入双主摄时代。而长焦，华为则希望继续挑战更强变焦能力（虽然现在各家通过在长焦端引入摇摇乐部分解决了大底长焦解析力弱的问题，但是大底潜望式长焦解析力依然弱于imx520等小底长焦，因为imx520有全高dti，天生是一颗为长焦高解析力而生的传感器），因此放弃了三主摄路线，决定继续挑战更长焦距的长焦。但是虽然可以向横向借用空间，但是手机的横向空间也有限，因此为了维持小机身好手感，华为引入了多反射长焦，企图在一个小空间内尽可能延长光路，做到更长焦距，因此华为在20年将长焦做到了10倍焦距。

于此同时，三星和小米采用了另一个长焦路线，那就是19年曾经被华为放弃过的大底长焦路线，彼时华为因为希望继续卷极限变焦赛道，而大底长焦对极限变焦不利，因此弃用。大底长焦的引入使得手机长焦端的进光量大增，终于不再是一到晚上就摸瞎了，至少有了一战的能力。当然同期华为也做了ryyb长焦企图解决长焦端夜景能力弱的问题，但是ryyb效果不如小米的大底长焦好。

第二阶段：多主摄方案的崛起和潜望式长焦的危机

时间进入2021年，华为因为制裁没法继续卷更长焦距的长焦了，因此也回到大底长焦路线。而小米11ultra也率先在各个焦段做高素质，首发了三主摄长焦系统。随着时间的进一步推移，继续卷更长焦距的极限变焦，对成本和机身设计都是考量（华为的10倍多反射长焦成本高达30+美金一颗，相当于s20u主摄加长焦的bom成本！），因此手机厂商纷纷回到了开始——不再进一步卷极限变焦，而是切切实实提升每个焦段的素质，并且尽可能做的越来越均衡，这就是手机厂商的多主摄化，在卷极限变焦，各种高成本工业设计斗智斗勇的辉煌年代过去后，手机厂商终究还是回到了最务实的那条路。

在多主摄化的今天，长焦端也需要更好的硬件素质。但是这和手机机身限制又发生了冲突，在主摄卷到一英寸的当下，长焦端卷更大的底，和手机的厚度发生严重冲突。作为参考，最厚的imx520的p40Pro+的长焦厚度仅5.5mm，而1/2大底潜望式长焦厚度已经达到6mm，接近极限了。虽然OPPO率先把潜望式长焦做到凸台里面，在长焦端塞下imx890这种1/1.56寸规格传感器，但是那是大凸台实现的，并且，1/1.5寸已经是极限。并且，越来越多的消费者已经体会到一寸传感器激凸所造成的后果，对激凸，厚重的板砖级机身说不，未来缩小凸台高度是必然，imx989配21mm甚至20mm镜组也是必然。这时候，潜望式长焦可能无法实现足够的厚度来塞下1/1.5寸的底了。并且虽然OPPO打出了夜景长焦的口号，但是对于这颗f/2.8的imx766长焦，它的进光量和一般的主摄相比，只有1/2寸主摄的水平，对于夜景来说，目前imx586主摄手机夜景是什么水平，和目前旗舰相比水平如何，相信不是一个难体会的问题。

手机多主摄化要求更高素质的长焦的需求和手机目前要求逐渐轻薄回去化的厚度之间形成了新的矛盾。并且，潜望式长焦非常占用机身空间，OPPO的imx890长焦等效焦距只有60多mm就已经能说明这个问题，做一般的90mm，体积估计可以轻松超过10倍潜望式，素质再做高，不太可能了。并且，伴随着多主摄，潜望式长焦的问题也随之而来：首先，受制于厚度，镜片做不大，意味着光圈做不大；这对手机长焦是个严重的缺陷，要知道光圈直接和进光量成正相关。并且，手机潜望式长焦受限于棱镜，光学防抖的角度做不大。要知道焦距越长，安全快门越短，因此就需要越好越灵敏的光学防抖。和主摄光学防抖能做到甚至3度（s23ultra）不同，潜望式长焦的光学防抖一般只有0.5度到1度。因此，这点防抖角度撑死也就是晚上拍拍月亮这种非常亮的目标的水平，至于像主摄那样拍不太亮的东西是个问题，本来长焦就更抖，ois角度还做不大，意味着夜间每帧曝光时间就会特别短，于此带来的则是比较差的夜间实用性。很多人拿到就算是大底长焦也只能拍一些比较亮的场景，就是这个问题。简而言之，手机潜望式长焦诞生就是为了卷更长焦距的，本身就是为了极限变焦，在手机端做不到高素质。潜望式长焦本身就不是为了更高素质诞生的。

手机长焦发展到现在面临了新的问题。一句话概括，就是手机长焦在卷原生焦距极限变焦和大底长焦两条赛道都卷到头了。如何进一步提升长焦素质，看来需要换赛道了。有一种可能，甚至需要换形态才能解决问题了。

直立式长焦的文艺复兴

这时一种新的方案脱颖而出，它就是直立式长焦。在前面已经说了，直立式长焦的最大问题是焦距做不长。但是随着现在手机主摄z轴的高度逐渐增加，这也意味着直立式长焦也能继续做长焦距了。

直立式长焦它有什么优势？在解释它之前，先来谈谈手机为什么需要大底。一般的认为手机大底在两个方面具有优势：第一是同光圈下进光量有优势，第二个是大底一般代表大阱容，因此代表更好的宽容度。因此，我们追求大底，可以看成是在卷两个赛道：一个大进光量，一个大阱容。前者决定夜间照片的信噪比，后者决定宽容度。

想要大进光量就一定需要大底吗？当然不是，mate50揭示了通过大光圈，一样可以通过小底做到不输一英寸的大底的进光量。并且长焦焦距更长，做大光圈相比主摄有更大的优势：长焦一般就算是超大光圈，边角画质也不会多劣化，边缘畸变更是没有。毕竟努比亚的35mm稍微长了一点焦距的镜头就可以做到全镜头域mtf几乎不变化了。不像23mm主摄，给大光圈边角就崩，想保边角就得上超贵的1g甚至2g的玻塑混合镜组，或者上可变光圈缩光圈用。长焦给大光圈这些都不需要。

至于阱容，也不一定和大底相关。曾经三星isocell没有开始卷小像素工艺的时候，底大几乎和原生大阱容就是等价的，因为那时候大阱容工艺只有索尼有。而三星的到来则打破了这个定律。和索尼的989通过1.6微米超大像素才实现12ke-的阱容不同，三星最近小像素工艺已经可以实现10ke-的阱容只需要0.6微米的像素了。当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-，还不及imx700的1.22微米的9ke-是吧，越大像素越难造大阱容。

因此，三星小像素工艺的到来打造了一个悖论：通过高阱容的小像素工艺，小底的总阱容甚至媲美大底。当然有人会说用小像素打造一个大底不就得了还是底大一级压死人。但是像素的阱容不能直接合并，它受多种因素影响，虽然目前三星hp2十六合一单像素阱容160ke-，但是目前的实测并没有发现hp2比imx989宽容度高多少。更何况，现在长焦大底传感器大部分用的都是索尼，索尼在阱容方面已经没什么优势了。最后，三星甚至放卫星要在0.5微米大小的像素上做10ke-的阱容，要知道imx700的阱容也没有这么大。

所以，最后我们可以得到结论，那就是三星小像素工艺的逐步推进，底大一级压死人在长焦端显然成了悖论。进光量，直立式长焦端可以做大光圈，因此进光量相比大底可能一样甚至更多；至于阱容，小像素工艺已经可以实现过去大像素才能实现的阱容。所以，长焦端不再需要大底了。

随着手机长焦逐渐素质化，大底潜望式长焦等效焦距也在不断缩短。最开始的小米10ultra是5倍，等效120mm，随后p50Pro是90mm，3.5倍，现在OPPO甚至做到60mm，等效2.5倍。不断缩短的潜望式长焦也代表着相同的效果可以用直立式长焦达到。有人会疑问直立式长焦能做到潜望式长焦这么高的解析力吗。当然可以，因为直立式长焦虽然像素小，但是它可以做到很大的光圈，因此就算是小像素，它也可以轻松做到超过衍射极限。因此，直立式长焦也一样可以做100倍数字变焦，而且画质还是可用水平。

而剩下的东西几乎全是直立式长焦的优势。直立式长焦可以做更大角度的ois，甚至上微云台，意味着夜间拍摄单帧进光量急剧飙升。之后是体积问题。直立式长焦可能可以比潜望式长焦省下接近2/3的体积，甚至相比10倍镜组，它可以省下3/4（华为多反射10倍）甚至4/5（三星）的空间占用，这样，imx789级别可变光圈f/1.4大底、高素质长焦和imx608超广角这梦幻三摄，可能可以在小米13这种体积的小机身上实现。除了镜头凸出稍微多一点以外（为了握持感和放桌上不跷跷板，我倾向于把这三摄凸台放手机中间），这种小手机的拍照实力可能比12su还强（主摄进光量大于12su，长焦进光量大于12su，超广角更是比12su更强）。

举个例子？

现在举个例子充分说明直立式长焦的优势。首先，直立式长焦就算是5p镜头给f/1.4光圈，也不会崩边，因此直立式长焦假设给f/1.4超大光圈。之后，等效焦距给80mm，底呢就假设三星放的卫星实现了，做出了0.5微米 10ke-阱容的5000万像素，那么这个底的大小是1/3.5寸。这样90mm镜头的物理焦距是9.4mm，比较匹配一英寸的厚度，入射光通直径为6.7mm，实现也没什么难度（毕竟一英寸底末端镜片直径17mm，造直径不到7mm的镜片没什么问题）。

先看进光量。进光量正比于像素*光圈，这颗长焦是0.5/1.4，因此对于imx890长焦，单像素1微米，它需要给f/2.8光圈才能实现同样的进光量。因此，这颗长焦的单像素进光量不输于imx890的大底潜望式长焦。

再看阱容。imx890的阱容是不足10ke的，因此这颗长焦的阱容也是更大。因此白天可以实现更好的宽容度，在夜间也会有增益，一会再说。

之后是光学防抖。imx890的80mm f/2.8潜望式长焦配的棱镜直径应该达到7.5mm大小了，总重量可以根据大小和玻璃的密度算出来：560mg，总重量甚至大于它的长焦镜头。因此，这么重的棱镜，推动它需要很大的力气，因此势必也做不到很高的灵敏度，防抖角度也不会太大。相反，现在看直立式，它的镜组是树脂材质，总重可能只有200mg。再配合直立式结构有更多的运动空间，它的防抖角度可能是潜望式的3倍。这意味着它的单帧曝光时间就可以达到潜望式长焦的3倍，从而带来夜景也可用的画质。

最后是解析力。线解析力正比于光圈，因此f/1.4的光圈是f/2.8的两倍，因此f/1.4光圈的线解析力是f/2.8的两倍，考虑到1微米的890像素大小是0.5微米的2倍，因此这两颗长焦的线解析力是完全相同的。

也就是说，在最核心的感光能力和宽容度上，这颗直立式长焦完全是和底大4倍的imx890是一样的。之后，在虚化上，因为同焦距光圈更大，虚化效果更好；夜景上，由于直立式更好做ois，因此出片率更高，并且进光量更大，从此长焦夜景拍暗处也能出片了，真正达到长焦当主摄用的目的；占用面积上，相比潜望式长焦，占用面积更小，机身因此也能做的更小巧轻薄；最后成本上，直立式长焦的成本相比潜望式这种含有很多复杂元件的长焦镜头成本要低的多，首先不含棱镜，其次镜片更小，ois更好做，对焦马达和ois都可以省成本，组装上直立式也比潜望式更好组装，良率更高；最后大底比小底更贵。

总结

是时候对全文内容做一个总结了。潜望式长焦目前发展已经接近瓶颈，并且潜望式长焦主要有以下问题：虽然能塞大底，但是做不了大光圈，无法做好的ois防抖，因此素质无法适应目前多主摄化的趋势，贵，极其占用机身空间，使得有潜望式长焦的手机不好好做内部堆叠几乎个个都是大板砖。

在三星像素小型化、以及镜组凸起高度不断增加、大底潜望式长焦焦距不断缩小（240mm到120mm到90mm到60mm）的今天，一些大底潜望式长焦焦距已经和小底直立式重合的当下，意味着小底直立式长焦已经有了复兴的可能性。以前小底3倍素质弱是因为彼时小像素工艺还不成熟，1微米像素阱容低、且3倍只有800万像素像素数过小，但是这并不意味着直立式长焦就弱。通过三星不断推进小像素工艺，缩小像素大小、提升小像素的阱容，加上采用超大光圈，直立式长焦可以在动态范围、进光量、解析力上丝毫不弱于大底潜望式长焦，并且直立式长焦可以用大光圈做更大的虚化、直立式结构可以做更大角度的光学防抖甚至用微云台加直立式长焦的方案、更节省体积可以做更小巧的机身（10倍镜组的1/4到1/5大小）、以及更便宜的成本（imx890大底潜望式长焦模组的1/3～1/5的成本），有望成为未来成本敏感、又希望长焦素质能尽可能逼近主摄的手机厂商的最优之选。

并且，除非未来潜望式长焦继续做10倍或以上原生高解析力镜头，在只做2～5倍焦段的情况下，经过大光圈设计的小底直立式长焦相比大底潜望式长焦效果近似一样，甚至很多指标都是更优秀的。而继续做10倍及以上焦段的目前只有三星和华为有实力，但是华为因为制裁没有能力，三星的10倍虽然白天极限解析力很好，夜晚的素质已经严重弱于大底潜望式长焦和这种大光圈直立式长焦，估计未来要么继续做20倍甚至更高倍数光学变焦的镜头独创优势，但是手机显然没有足够空间容纳20倍镜组，要么逐步三星也会切换到大底潜望式长焦来，而这时各家各异的大底潜望式长焦相比大光圈直立式长焦，实际上拉不开差距，因此未来长焦从成本高昂的潜望式换到直立式可能是最优解，因此基于此笔者判断在三星小像素工艺持续推进的当下，优质高像素小底直立式长焦可能是大部分手机厂商的最终归宿，而小米13Pro的长焦已经充分证明了这种方案的优异性。