來(lái)源：智東西

隨著手機(jī)變焦開始遇到瓶頸，有關(guān)“液態(tài)鏡頭”的傳言又開始多了起來(lái)。盡管液態(tài)鏡頭的變焦性能與體積優(yōu)勢(shì)明顯，但相較于傳統(tǒng)的手機(jī)鏡組，液態(tài)鏡頭最大的問(wèn)題是光學(xué)性能較差，很可能會(huì)拉低手機(jī)拍照的平均水準(zhǔn)。

隨著9月份到來(lái)，2020年新機(jī)潮的下半部分也正式開啟，iPhone 12、小米10T Pro、Mate 40、一加8T等旗艦開始有大量消息流出，似乎我們只要準(zhǔn)備好錢等待發(fā)售就可以了。不過(guò)，雖然下半年的配置已經(jīng)確定，但各大廠商已經(jīng)緊鑼密鼓地在為明年的旗艦做準(zhǔn)備，特別是在攝像方面。從供應(yīng)鏈的情報(bào)看，明年各大手機(jī)廠商都會(huì)在攝像頭方面下功夫，給粉絲帶來(lái)驚喜。

這些傳聞中，有一條消息格外矚目：在下半年的Mate 40系列上，華為將率先使用液態(tài)鏡頭，來(lái)改善手機(jī)的拍照性能，還有消息人士表示，未來(lái)的華為P50系列也會(huì)將液態(tài)鏡頭技術(shù)作為主打賣點(diǎn)云云。

這些傳言雖然可信度不高，但也并非無(wú)中生有： 2020年4月份，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局批準(zhǔn)了華為一項(xiàng)有關(guān)液態(tài)鏡頭的模組專利，華為在專利描述中表示，該模組能夠讓驅(qū)動(dòng)液態(tài)鏡頭的馬達(dá)滿足自動(dòng)對(duì)焦、光學(xué)防抖等性能要求，同時(shí)提高馬達(dá)在撞擊、跌落等非正常工作情況下的可靠性。

可以看到，液態(tài)鏡頭將會(huì)是華為未來(lái)的拍照研究方向，但說(shuō)了什么多，究竟什么才是液態(tài)鏡頭？而華為為何要使用它？

手機(jī)變焦之困

眾所周知，相機(jī)（包括專業(yè)鏡頭）的光學(xué)變焦都是通過(guò)內(nèi)部的鏡組移動(dòng)來(lái)完成的，鏡片和其移動(dòng)范圍決定了變焦距離。但相較于單反鏡頭的碩大體積，手機(jī)往往沒(méi)有足夠的空間進(jìn)行變焦調(diào)節(jié)，早期手機(jī)的變焦功能其實(shí)是就數(shù)碼裁切，用算法來(lái)進(jìn)行細(xì)節(jié)彌補(bǔ)，也就是常說(shuō)的有損變焦。

為了解決手機(jī)的變焦問(wèn)題，廠商也使出了渾身解數(shù)，例如增加鏡片數(shù)量、或者干脆上馬一個(gè)專用的長(zhǎng)焦鏡頭——這也是雙攝的由來(lái)。但就算是雙攝，手機(jī)能拍到的“原生焦段”還是有限，絕大部分場(chǎng)景依然要通過(guò)有損變焦來(lái)解決。

當(dāng)然，頭鐵的廠商也有，三星就是其中一個(gè)，它提出了一個(gè)極為粗暴的方案——在手機(jī)上添加體積碩大的攝像頭，贏得變焦空間。雖然從結(jié)果來(lái)看，三星的變焦手機(jī)Galaxy Zoom K在2014年就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了十倍的無(wú)損光學(xué)變焦，但其形態(tài)并不受市場(chǎng)的歡迎。

在大家都在瘋狂添加攝像頭的時(shí)候，2017年的MWC大會(huì)上，OPPO站了出來(lái)，提出了一個(gè)富有創(chuàng)意性的設(shè)計(jì)——潛望式變焦方案。 如今，市面上所有支持五倍以上無(wú)損變焦的手機(jī)，都采用了潛望式變焦的方案。說(shuō)穿了，潛望式變焦就是“用厚度換寬度”，通過(guò)一枚棱鏡，將射入光線橫放，鏡組的活動(dòng)限制就從手機(jī)厚度變成了手機(jī)寬度。

但到了今年，潛望式鏡頭也開始遇到瓶頸： 如今的50倍變焦，依然要靠多個(gè)不同焦段的攝像頭完成“畫面接力”，進(jìn)行有損變焦；潛望式攝像頭最多也只能給到十倍無(wú)損變焦。多個(gè)定焦攝像頭+潛望式鏡頭，讓相機(jī)體積急劇擴(kuò)大，威脅到了其他元器件的生存空間。

為了讓P40的變焦性能相較P30翻倍，達(dá)到100倍的數(shù)字變焦，華為特地將傳統(tǒng)的潛望式變焦進(jìn)行改造，將3組棱鏡放入到模組中，光線經(jīng)過(guò)五次折射才到達(dá)傳感器，雖然最終完成了100倍的目標(biāo)，但對(duì)于手機(jī)空間的利用也已到達(dá)了極限。

而且，潛望式變焦帶來(lái)的光線衰減也是不可避免的，光通過(guò)的介質(zhì)越多，光線的損耗就越大；除此之外，由于光路橫置的原因，位于終點(diǎn)的傳感器也從“躺著”變成了“豎著”，這反而限制了傳感器的大小。今年火爆的“一億像素傳感器”，就不可能用在潛望式鏡頭上。

從上圖iFixit的S20 Ultra拆解片段中可以看出，右后方一億像素的鏡頭+傳感器的體積已經(jīng)和左后方的潛望式鏡頭體積相當(dāng)，根本不可能給大面積傳感器“橫向”擺放的空間。事實(shí)上，當(dāng)下的潛望式傳感器頂多也只有1300萬(wàn)像素。

潛望式傳感器雖然給我們帶來(lái)了百倍變焦和十倍無(wú)損變焦，但它對(duì)于手機(jī)內(nèi)部體積的挑戰(zhàn)已經(jīng)到了極限，只有切換賽道，才能給手機(jī)拍照帶來(lái)新的可能。

液態(tài)鏡頭成未來(lái)？

傳統(tǒng)變焦手段“走到頭”的原因，就是因?yàn)槎鄠€(gè)固定鏡頭要進(jìn)行前后推拉， 如果鏡片不出現(xiàn)移動(dòng)，而是可以自己改變弧度，進(jìn)而改變光路，那變焦難題不就迎刃而解了嗎？

實(shí)際上，液態(tài)鏡頭的原理并不復(fù)雜，它比傳統(tǒng)鏡頭更早的進(jìn)入到我們的眼中——人眼之所以能無(wú)縫調(diào)節(jié)焦距，就是因?yàn)榻逘罴≡谧詣?dòng)調(diào)整晶狀體的弧度，人之所以近視的原因，也是因?yàn)榻逘罴￠L(zhǎng)期收縮導(dǎo)致的痙攣，肌肉無(wú)法正常舒張看清遠(yuǎn)方。

液態(tài)鏡頭的原理就是如此，通過(guò)電壓改變液晶形成的鏡片曲率，從而實(shí)現(xiàn)焦距變化（其實(shí)，LCD屏幕就是利用液晶加壓改變旋轉(zhuǎn)方向的特性，來(lái)讓屏幕顯示不同顏色）。2013年，人們已經(jīng)將液態(tài)鏡頭做到了1厘米左右的大小，并能實(shí)現(xiàn)400焦段的清晰成像。

除了液晶之外，利用油和水的形變也能實(shí)現(xiàn)折射效果：通過(guò)施加電壓，讓油層形成凸透鏡，產(chǎn)生聚光效果。不過(guò)從小雷找的資料來(lái)看，施加的電壓普遍在50V—100V左右，在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)的希望渺茫。

除了用液晶和油之外，液態(tài)鏡頭的探索方向也極為多樣：利用液滴的高頻振蕩調(diào)整焦距、用擠壓的辦法直接調(diào)整液體曲率、利用液體對(duì)薄膜施加壓力實(shí)現(xiàn)焦距調(diào)節(jié)…… 華為的專利其實(shí)并不算新奇，2010年，三星、索尼、佳能就有了液態(tài)鏡頭的相關(guān)專利，而液態(tài)鏡頭要上手機(jī)的傳聞甚至可以追溯到2006年。

液態(tài)鏡頭的出現(xiàn)，很好的緩解了傳統(tǒng)光學(xué)變焦過(guò)程中鏡片所占的體積，尤其是在需要小型透鏡的場(chǎng)合下——例如腸內(nèi)鏡，液態(tài)鏡頭發(fā)揮出了非常大的威力。加州大學(xué)就曾利用液態(tài)鏡頭，為病人做了膽囊切除術(shù)；液態(tài)鏡頭也已經(jīng)被用在了微型掃碼器上。

但在手機(jī)上，液態(tài)鏡頭的發(fā)展空間依然有限，不提改變液體曲率的方法能否在手機(jī)內(nèi)部那小小空間內(nèi)有效實(shí)現(xiàn)（利用高壓、震蕩），也不提它的高昂成本（工業(yè)用的液態(tài)鏡頭掃碼器在500元左右），液態(tài)鏡頭的色散、畸變情況較為嚴(yán)重，光學(xué)特性大幅落后于當(dāng)今的成熟鏡組，在短時(shí)間內(nèi)，我們恐怕見不到它的身影。

可以說(shuō)，近幾年層出不窮的“液態(tài)鏡頭”傳聞，某種意義上也表達(dá)了人們對(duì)于液態(tài)鏡頭前景的看好：體積小、沒(méi)有活動(dòng)組件、變焦廣。 但理想雖美好，現(xiàn)實(shí)很骨感，從目前來(lái)看，變焦鏡頭依然是小眾市場(chǎng)的貴客，很難適用于手機(jī)這般用途廣闊的使用場(chǎng)景，小雷雖然支持各大手機(jī)廠商對(duì)液態(tài)鏡頭的研究，但也呼吁吃瓜群眾保持冷靜，耐心等候佳音就好。

圖片來(lái)自：丁香園