潜望式摄像模组解决手机厚度和超长焦镜头矛盾

来源:电子发烧友网发布时间:2023-07-051071浏览

电子发烧友网报道（文/李宁远）摄像头技术在现在的电子工业中无疑是行业的核心技术之一，摄像头模组的制造面临着许多行业独有的全新挑战，其中潜望式镜头作为摄像头模组的发展新方向在近期也备受关注。

摄像头模组挑战

以前手机拍摄到远处的景物照片后，如果想要观察照片局部的细节，是通过手动放大照片，这种方式是通过数码变焦去实现。远处的物体其实并没有被真实地拉近，而是手机将图片中的一部分截取出来进行放大，通过处理算法以实现变焦的效果。但这样会有一个问题，想必大家也都遇到过，就是会导致图像的清晰度下降，有时候下降到根本无法分辨到相应的细节。
对于现在的手机拍照用户而言，肯定期望的是即使拍到远景，放大照片后也能得到清晰的局部细节图像。这种效果从光学的基本原理来说，就必须使用到长焦距的镜头才能够实现此种效果。
这和重要参数FOV视场角相关，手机取景框里能拍到的范围就是由FOV决定的，而焦距则决定了拍摄物体的远近距离。FOV和焦距之间，存在一定的函数关系，FOV由CMOS大小与焦距共同决定的。当CMOS的底片大小是固定的时候，焦距越长，对应的FOV越小。视距影响了视角，决定了取景范围以及现实中物体在相机中的大小。
而焦距，对于镜头而言，可以简单理解为从镜片的光学中心到底片或者CMOS或CCD等感光元器件或成像平面的距离。长焦镜头与短焦镜头在摄影成像上的差异很明显，对于短焦镜头而言，它的视场角更大，能够包含更多的一些内容。而对于长焦镜头来说，它的景深较小会导致背景虚化的效果，但是能够突出被摄的主体，获得更多的细节。
所以现在手机上使用了不同焦距的摄像头，是因为在不同的摄影场景下，拍摄的需求是不一样。现在的手机整机身尺寸会越来越薄，如何将体积更大的摄像头放进轻薄的手机内需求面临不少挑战。如何平衡手机厚度和超长焦镜头的矛盾，是厂商们面临的一个巨大挑战。

潜望式镜头解决手机摄像头模组挑战

随着摄像技术的进步，长焦和厚度的安装挑战有了解决办法，将原本垂直安装摄像头模组的方式改为平行安装，也就是潜望式镜头。潜望式镜头平行放置的方式会让手机将相机、传感器和镜头安装在手机越来越轻薄的空间内。
潜望式镜头的内部结构组成一部分是棱镜，棱镜通过反射光线使得原本垂直进入手机背部的光线能够弯折一定角度后平行于手机背板方向进入。第二部分是VCM音圈马达，可以实现自动对焦功能，调节镜头的位置呈现清晰的图像。第三部分是镜头模组，最后一部分则是CMOS。
根据TSR预估，潜望式摄像头的出货量数量逐年上升，2021年其出货量在0.52亿个，到2025年，预期出货量将达到1. 28亿，年复合增长为46%。
最早的手机潜望式摄像头结构使用的是一个变焦镜头以及两个棱镜，这种结构优势在于只需要单个摄像头通过改变相对位置就能变焦。同时因为有两个棱镜，可以对CMOS进行缩放。但整体模组尺寸会偏大，同时功耗也不小。
现在市面上主流的潜望式摄像头一般使用一个棱镜，镜头为固定焦距，通过多个不同焦距的摄像头来实现变焦，日常生活中很多手机都采用了这种配置。这种结构也有限制，就是CMOS尺寸受限于手机厚度，无法做到大尺寸的底片。
目前下一代结构的潜望式摄像头在主流结构上增加了一面棱镜，也就是双棱镜加定焦镜头，这种结构解放了CMOS的尺寸限制，但是光经过了更多的反射，损失会更严重些。而且工艺难度相较主流结构大增，新增的棱镜结构，在硬化、切割、光学防抖等工艺精度要求上很高，新增棱镜结构会让难度和成本显著上升。