5年后的智能手机摄像头什么样？
智能手机现在的竞争核心是摄像头性能。最近5年左右，由于摄像头的复眼化，性能不断提升。不过，随着三眼摄像头的配备，机壳空间正逐渐接近极限。
近年，美国苹果“iPhone”也在放缓升级摄像头。自2019年推出的“iPhone 11 Pro／Pro Max”采用三眼摄像头以后，摄像头数量一直没有变化。像素也到2022年上市的“iPhone 14 Pro Max”为止，停留在1200万像素（表1）。
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| 表1：2018年以来iPhone摄像头技术的变迁 由于传感器尺寸没有公布，参考了比较网站等的内容（表由《日经XTECH》制作） |
不过，虽然现在处于平台期，但智能手机的摄像头今后还会不断发展。比如，2023年苹果将上市的“iPhone 15 Pro MAX”据说将采用“潜望镜（Periscope）”。
那么，5年后智能手机的摄像头将变成什么样子？（图1）。记者根据现在的趋势和器件厂商的采访尝试进行了预测。
5年后智能手机的摄像头或变成这样
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| 图1：5年后的智能手机的摄像头预测 （图为《日经xTECH》制作） |
首先是前置摄像头（屏幕侧的摄像头）。为了实现高画质自拍，将不断推进复眼化。前置摄像头复眼化的动向已逐渐出现。小米科技（Xiaomi）在2022年9月开始销售的“Xiaomi Civi2”及2023年3月开始销售的“Xiaomi 13 Lite”上将前置摄像头变成了双摄。目的是实现高画质的肖像（以人物为拍摄对象的照片）。据称，苹果iPhone 15 Pro MAX也将把前置摄像头变成双摄。
其次是后置摄像头（背面的摄像头）。摄像头个数仍跟现在一样。原因在于智能手机的机壳已基本没有空间，很难进一步复眼化。
不过，传感器尺寸将越来越大。以高端机型为主，将越来越多采用1英寸传感器。从2022年起，采用1英寸传感器的机型越来越多，估计5年后形成市场。
元件结构方面，将追求改善望远特性和手抖补偿（防抖）的结构。为了改善望远特性将使用潜望镜，也会越来越广泛的使用转动多个镜片群改变焦距的“可变焦式长焦镜头*”，接近单反相机的用法。
*可变焦式长焦镜头：普通的智能手机摄像头只有一个由多个镜片组成的镜片群，因此焦距是固定的。而可变焦式长焦镜头配备多个镜片群，可通过转动镜片群改变焦距。
手抖补偿是为了满足年年增加的视频拍摄需求。在“TikTok（抖音国际版）”及“YouTube”上发布信息等拍摄视频的机会越来越多，摄像头的用法正加速从拍照向拍视频转变。与之相应，面向高画质视频拍摄的需求也随之增加。通过调整传感器和镜头进行手抖补偿的传统做法将改为调整摄像头模块进行补偿的“Module Tile OIS（Optical Image Stabilizer）”以及通过沿着各种轴转动传感器和镜头来补偿的“多轴OIS”等高性能补偿方式。
以下介绍一下这类新采用技术的详情和发展方向。
在智能手机上采用潜望镜
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| 图2：镜头方式的差异 由于潜望镜可以向智能手机的长度的方向调整焦距，焦距将获得改善，进而改善光学变焦。另一方面，由于相对于智能手机机壳需要垂直安装图像传感器，因此传感器尺寸的增大将受限（图为《日经XTECH》绘制） |
使用潜望镜时，长焦的特性将改善。普通长焦镜头需要平行于智能手机并按照厚度的方向安装，因此受到机壳厚度的制约，不能充分调整焦距。但是，潜望镜可以垂直于智能手机按照长度的方向留出焦距，因此可以比普通长焦镜头延长焦距，可以实现更高倍率的光学变焦（图3）。
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| 图3：焦距与倍率的关系 （图为《日经XTECH》制作） |
潜望镜已在智能手机上被推向实用化。韩国三星电子2023年4月20日上市销售的“Galaxy S23 Ultra”采用了潜望镜，光学倍率（光学放大倍率）是10倍。而未配备潜望镜“iPhone 14 Pro Max”的长焦摄像头光学倍率只有3倍，可见改善效果之大。
不过，潜望镜与传感器尺寸存在无法兼顾的关系。因为要将传感器与智能手机机壳垂直安装。也有的厂商通过同时安装普通长焦镜头和潜望镜，实现了低倍率和高倍率的拍摄。以低倍率可以拍摄优先平衡长焦特性与光量的照片，以高倍率则可以拍摄光量少、光线暗但提高了长焦性能的照片。
与高级卡片数码相机同等尺寸的传感器问世
传感器尺寸的大型化之前也在被推进，但2022年出现了突破性进展。索尼半导体解决方案（Sony Semiconductor Solutions ，SSS）开发出了面向移动终端的1英寸传感器“IMX989”（图4）。
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| 图4：索尼半导体解决方案面向移动终端的1英寸传感器“IMX989” （照片来自《日经XTECH》） |
以此为契机，采用1英寸传感器的厂商猛增。小米和夏普均在2022年7月推出了“Xiaomi 12S Ultra”和“AQUOS R7”、vivo于2022年11月上市“vivo X90 Pro+”，OPPO于2023年3月发售“OPPO Find X6 Pro”，上述厂商接连推出的都是采用1英寸传感器的智能手机机型。
1英寸传感器是卡片数码相机的高级机型等使用的传感器尺寸，作为移动终端的传感器这一尺寸极大（图5）。
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| 图5：图像传感器尺寸比较 （图为《日经XTECH》制作） |
增大传感器尺寸的好处是可以实现明暗差强烈的拍摄和高精细摄影（图6）。能实现拍摄明暗差强烈的场景是因为传感器尺寸增大，像素尺寸也增大，1像素可处理的电子数量随之增多。这样就可以拍摄动态范围增大、明暗对比强烈的场景。实现高精细摄影也是因为传感器尺寸增大时，会单纯使像素增加。
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图6：尺寸增大的好处 |
成本和耗电量成为课题
虽然采用1英寸传感器的情况在增加，但配备机型全部是高端机型。原因是1英寸传感器的成本较高。1英寸传感器可从晶圆获取的数量少，因此成本增加。
另外，还有耗电量的课题。由于图像传感器受像素增加时，晶体管数量等增加，耗电量也随之增加。拍摄视频时，如果耗电量大，手机会发热，干扰增强等，因此改善耗电量变得很重要。虽然索尼半导体解决方案未公布详情，但该公司移动系统业务部副部长小关贤表示“一直采取措施削减1英寸传感器的耗电量”。例如，使用该公司开发的“2层晶体管结构*”，这样可以增大像素晶体管的尺寸，改善相互导电性，进而改善耗电量等。
*2层晶体管结构：将过去在1层上制造的光电二极管和像素晶体管在不同层制造并贴合的技术。
传感器进一步增大尺寸取决于1英寸传感器的销售行情
1英寸传感器已经开始推向市场，但还有可能进一步增大传感器尺寸吗？关于这个问题，暂时无法给出明确的预测。
小米产品计划本部本部长安达晃彦说：“也在考虑进一步增大尺寸。将在判断量产技术及成本增加等问题之后，在今后实施讨论。不仅需要增大传感器尺寸，还需要开发镜头及与驱动系统等实施同步开发”。
索尼半导体解决方案的小关说：“用户对摄像头的要求不断提高。（是否推进大型化）关键是用户对照片的需求在哪个阶段走向饱和”。
智能手机份额排在全球首位的三星电子和紧随其后的苹果尚未推出采用1英寸传感器的机型。今后是否进一步增大尺寸，关键看这两家企业今后的动向以及1英寸传感器市场是否走向增长。
青谷 悠平 日经XTECH/日经Electronics
资料来源：日经XTECH
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/02453/051700004/
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