潜望鏡と望遠カメラの違いは何ですか?

携帯電話に欠かせないカメラ。 最初のカメラ付き携帯電話が登場して以来、カメラは携帯電話のブランディングの中心となってきたため、多くの企業はデバイスの撮影能力だけで利益を得ています。 ピクセルパーフェクト (間違いなく意図された駄洒落）の写真。 近年、携帯電話メーカーは、カメラの改良やスマートフォンのセンサーの増設に創造的なエネルギーを注ぎ込んできました。 その明らかな結果は、より少ない金額でより多くのカメラを提供するためのブランド間の競争の驚異的な激化です。 イノベーションはこの競争環境で生き残るための鍵であり、あるカメラ技術は イノベーションの典型 潜望鏡ズームカメラです。 瞬時に 5 倍または 10 倍の光学倍率が得られる潜望鏡望遠カメラは、遠くの距離に素早く簡単にズームすることができます。

この記事では、潜望鏡ズーム カメラの用途、その長所と短所、および潜望鏡ズーム カメラの将来について説明します。 最新のトレンドを説明する前に、このイノベーションを引き起こした可能性のあるものについて簡単に概要を説明します。

スマートフォンの望遠カメラの歴史

Apple は最初にこの概念を導入したわけではありませんが、 携帯電話の複数のカメラ、同社はこのアイデアを普及させ、他の人に時流に乗り込むよう促したことで間違いなく称賛されるべきです。 長年スマートフォン写真のリーダーであった Apple は、2016 年に iPhone 7 Plus に光学 2 倍ズームを備えた望遠カメラを導入しました。 この望遠カメラは、光学ズームのほかに、ポートレート画像の背景深度データを取得するためにも使用されました。

しかし、スマートフォン会社は、遠く離れた物体を近づけるという取り組みをずっと前から続けてきました。 2013 年にノキアは ルミア1020 41MPカメラを搭載。 このフラッグシップ Lumia はいかなる種類の光学ズームもサポートしていませんでしたが、41MP センサーからの巨大な画像をトリミングして疑似ズームをエミュレートすることができました。 現在に至るまで、スマートフォンのブランドは同様の機能を使用しています。 高画素数カメラの普及戦略、64MP や 108MP など。

一方、特定のブランドも、オートフォーカスカメラと同様の実際の可動レンズのセットアップをすぐに実験しました。 たとえば、Samsung は 2013 年に、突き出た 10X 光学ズームレンズとキセノンフラッシュを搭載した Galaxy S4 Zoom を発売しました。 沈胴レンズとキセノンフラッシュは、オートフォーカスカメラと非常によく似ています。 Galaxy S4 Zoom は、まさに Android 上で動作し、セルラー接続をサポートするカメラと呼ぶ​​ことができます。 の ギャラクシーKズーム それに続き、翌年に発売されました。

スマートフォンの潜望鏡カメラのコンセプトは、ファーウェイが 2019 年 3 月に Huawei P30 Pro を発売して普及するまで、非常に斬新なものでした。 そうすることで、彼らはそれを商業的に提供した最初のブランドとなりました。 私たちが見たように、Huawei P30 Pro 詳しいカメラレビュー 携帯電話の場合、最大 50 倍の倍率で撮影できます。 ただし、このアイデアを実験したのはファーウェイが最初のブランドではなかった。MWC 2017で潜望鏡カメラの光学ズーム機能を初めて披露したのはOPPOだった。 導入が早かったにも関わらず、この技術の開発には 2 年かかりました。 悟る.

Huawei P30 Proの数か月後、OPPOは同様の潜望鏡望遠カメラ設定を備えたOPPO Reno 10X Zoom Editionを発表しました。 同じ頃、 サムスン、潜望鏡カメラの量産を開始 他のメーカーがレースに参加するために。

しかし、このテクノロジーを搭載した携帯電話について学ぶ前に、それがどのように機能するのか、そして望遠カメラモジュールで潜望鏡がどのような役割を果たしているのかを見てみましょう。

潜望鏡ズームカメラとは何ですか?

教科書の定義によると、潜望鏡は障害物が見えずに誰でも障害物の周囲を見ることができる光学機器です。 これには伝統的に、光を反射する鏡やプリズムが含まれており、人々は実際の視線の上または下にあるものを見ることができます。 潜望鏡は、戦車や潜水艦などの装甲車両で数十年にわたって使用されてきました。 器具自体は無害なので、簡単な楽しい科学実験にも使用できます。

スマートフォンのカメラに関しては、アプリケーションはそれほど変わりません。 2 倍または 3 倍の光学ズームを提供する標準の望遠カメラとは対照的に、潜望鏡カメラは通常、複数のレンズとカメラ センサーを使用することで 5 倍または 10 倍のズームを提供します。 ペリスコープの役割は、スマートフォンの厚さを大幅に増やすことなく、一連のレンズを収容できるようにすることです。

カメラ モジュール内の潜望鏡の役割を理解するには、X、Y、Z 座標で表されるさまざまな軸を備えた 3D 配置でスマートフォンを視覚化します。 スマートフォンは画面が YZ 平面上に平らになるように配置され、その厚さは X 軸に沿って測定できます。 従来のカメラ センサーと付属のレンズも、Z 軸に垂直な YZ 平面内にあります。

ただし、潜望鏡セットアップの場合、センサーとレンズは XZ 平面上にあり、Y 軸と直角に交差します。 カメラセンサーの反対側の端には、センサーに垂直な光の方向を変えるプリズムがあります。 直角プリズムを使用しているため、潜望鏡カメラには従来の円形ではなく正方形または長方形の切り欠きが付いています。

光は潜望鏡カメラの長方形の開口部から入り、直角に屈折し、レンズを通過してセンサーに到達します。 5 倍または 10 倍の倍率で撮影した画像を鮮明にするために、潜望鏡望遠カメラは レンズが前後に移動して遠くの物体に焦点を合わせるオートフォーカスサポートを装備しています。 センサー。 これは、Samsung による次のビデオで実証されています。

さらに、5倍以上のズームでは、微妙な揺れも拡大され、大きな動きのように見えます。 意図したフレームからのこの誇張されたシフトを回避するために、潜望鏡カメラは OIS または光学安定化機能 (通常はプリズム内) を備えて構築されています。 これは、プリズムが重力の変化に応じて複数の軸に沿って自由に移動できるため、突然のぎくしゃくした動きに対応できることを意味します。

レンズと直角プリズムをカメラの開口部に対して垂直に配置することで、スマートフォン メーカーは大幅なスペースを節約できます。 これにより、潜望鏡カメラを搭載したスマートフォンが、スマートフォンよりもばかばかしいほど厚くなるのを防ぐことができます。 想像できるのは、レンズが他のカメラと同じ平面に配置された場合です。 スマートフォン。

カメラに見られる潜望鏡には、興味深い、そしてかなり一般的な用途がもう 1 つあります。 SLR または DSLR カメラは、ミラーまたはプリズムを利用して、カメラのレンズから光学ビューファインダーに光を反射または屈折させます。 一眼レフカメラ内の潜望鏡と望遠潜望鏡の間には直接の関係はありません。 スマートフォンのカメラ、前者が新時代のインスピレーションだった可能性を否定することはできません 光学ズーム。

潜望鏡と望遠カメラの違い

望遠カメラは、可動部品の有無にかかわらず光学ズームが可能なカメラです。 対照的に、潜望鏡カメラは主に標準の望遠カメラの拡張です。 望遠カメラと潜望鏡カメラは、向きの違いのほかに、カメラの開口部の形状でも区別できます。 実際、潜望鏡カメラは長方形の開口部を備えているため、他のタイプのカメラと区別するのが簡単です。 一方、一般的な望遠カメラは標準的な円形の開口部を使用しているため、一目見ただけでは識別できません。

潜望鏡の望遠セットアップ内で使用されるレンズの数が多いことを考慮すると、望遠カメラの焦点距離は長くなります。 最後に、今後のセクションで説明するように、現時点では望遠カメラも潜望鏡カメラも可変焦点距離をサポートしていませんが、将来の一部の修正ソリューションでは可変焦点距離をサポートする可能性があります。

潜望鏡ズームカメラを搭載したスマートフォン

上で述べたように、Huawei P30 Proは、5倍の潜望鏡ズームを備えた最初の市販デバイスでした。 その後すぐに OPPO Reno 10X Zoom Edition が続きました。 サムスンの電気機械も昨年夏にこれらの潜望鏡カメラモジュールの製造を開始したが、まともな数の注文を集めるまでにはしばらく時間がかかった。

Huawei P30 Proが発売されてからずっと後、 VivoのX30プロ （中国限定）「潜望鏡カメラを搭載した最新携帯電話」としてしばらくバトンを握ったが、すぐに サムスンギャラクシーS20ウルトラ. 2020 年 2 月に発売された Galaxy S20 Ultra は、最大 100X ハイブリッド ズームをサポートする最初のスマートフォンでもありました。

Xiaomi はほとんどの関係者に早くから登場していましたが、この傾向には後発でした。 潜望鏡ズームモジュールを搭載して発売された最初の携帯電話は、 Mi 10 ユース エディション. 次に、Realme の主力キラーが登場しました。 Realme X3 スーパーズーム — 1 年前の Snapdragon 855 を搭載。 この集計に最近追加された 2 つは、Samsung と Vivo の最新の主力デバイスです。 Samsung Galaxy Note 20 ウルトラ 5G そしてその ヴィボ X50 プロ、 それぞれ。

写真の分野でいくつかの革新を先駆けてきたブランドであるHuaweiは、SamsungがGalaxy S20 Ultraをリリースしてからほぼ1か月後にP30 Proの後継モデルを発売しました。 これらのスマートフォンでは、 Huawei P40 ProおよびP40 Pro+ — 上の段落で言及した他の発表よりも先に行われたが、ファーウェイの発表はテクノロジーの点でそれらを上回っており、特筆に値する。 Huawei P40 ProとP40 Pro+の両方に潜望鏡ズームカメラが搭載されていますが、 Plus バリアントのペリスコープ カメラは 10 倍の光学ズームを備えていますが、通常の Pro は 5 倍の光学ズームを備えています ズーム。 10X 光学ズーム潜望鏡に​​加えて、Huawei P40 Pro+ は 3X 光学ズームに固定された別の望遠カメラも備えています。

最近発売されたものほど Huawei Mate 40シリーズ P40 シリーズと同じ用語に従います。 Huawei Mate 40 ProおよびMate 40 Pro+は、5倍および10倍の光学ズームを備えた専用の潜望鏡カメラを備えています。 Mate 40 Pro+ は、P40 Pro+ と同様に、セカンダリ望遠カメラも備えています。 ポルシェ デザインの Huawei Mate 40 Pro RS は、Mate 40 Pro+ に続き、10 倍の潜望鏡カメラと 3 倍の望遠カメラを搭載しています。

潜望鏡カメラの背後にあるテクノロジーは、カメラの解像度における一般的な数字の勝負に比べて、比較的遅いペースで進化しています。 消費者とメーカーの両方を魅了していますが、超高速充電や増え続ける技術ほど称賛されていません。 ディスプレイのリフレッシュレート. OPPO などのスマートフォン ブランドは、こうした潜望鏡カメラの限界に対処する方法に取り組んでいます。

これらの制限について説明する前に、潜望鏡カメラが提供する利点について説明しましょう。

潜望鏡ズームカメラの利点

上で見たように、スマートフォンのズーム機能は過去 10 年間で大幅に進化しました。 潜望鏡ズームカメラは、スマートフォンの光学ズームに関して新たな先例を打ち立てました。 最も顕著な利点は、レンズを実際に動かすことなく、遠くの物体や風景をオートフォーカスカメラとほぼ同等に撮影できることです。 同時に、潜望鏡の垂直方向により、スマートフォンメーカーはカメラセンサーを取り付けることができます。 必要なレンズのセットをスマートフォンの本体内に収めることができ、コストもそれほど高くありません。 厚さ。

Huawei Mate 40 ProのハイブリッドズームとiPhone 12のデジタルズームを使用して10倍の倍率で撮影した画像のノイズの違い

望遠望遠カメラの焦点距離が長いため、遠くの撮影に最適です。 OIS では、潜望鏡光学ズームで撮影した画像の画像ノイズがデジタルよりもはるかに少ないことが保証されます。 ズーム。 日中だけでなく、暗い場所や夜間の撮影にも便利です。

スマートフォンのデジタル ズームで直面する課題と制限を修正するだけでなく、スマートフォンの潜望鏡ズーム モジュールを使用すると、ユーザーはミクロの世界を覗くことができます。 潜望鏡カメラを使用すると、被写体に近づきすぎなくてもマクロ撮影が可能です。 これは、昆虫や小さな爬虫類を捕まえることに情熱を持っている場合に特に便利です。

ただし、以下で説明するように、このカメラの配置にはいくつかの欠点があります。

ペリスコピックズームカメラの欠点

潜望鏡ズーム カメラは、デジタル ズームよりもはるかに効果的にオブジェクトを間近にズームできる機能を追加しますが、一定の制限もあります。 潜望鏡望遠セットアップの最大の課題は、光学的に遠くまでズームインできる自由が得られることです。 物体から離れたり、小さな物体に近づいたりすると、その焦点距離、つまりズーム機能は特定の値に固定されます。 レンズセットアップ内のスペースが限られているため、レンズアレイが過度に動き回るのを防ぎます。 この動きはオートフォーカスを容易にするだけであり、ズームインまたはズームアウトはできません。 したがって、コンパクトカメラ、DSLR、またはミラーレスカメラに取り付けられた実際に動くズームレンズのように自由にズームインまたはズームアウトすることはできません。

これは、潜望鏡のセットアップにもかかわらず、潜望鏡カメラでサポートされている倍率以外の倍率値でデジタル ズームが開始されることを意味します。 たとえば、スマートフォンが 5 倍の光学ズームをサポートしている場合、5 倍にズームするまで潜望鏡カメラは動作しません。 ズームし、代わりにプライマリ カメラまたは別の望遠カメラを使用し続けます。デジタルでは倍率が低くなります。 ズーム。

ここで、5 倍を超える焦点距離 (たとえば 10 倍) で何かを撮影したい場合、スマートフォンは潜望鏡カメラに切り替わり、デジタル ズームが 2 倍になり、複合ズームが 10 倍になります。 スマートフォン会社はこれを、光学ズームとデジタルズームを組み合わせた「ハイブリッド」ズームと呼ぶことを好みます。

たとえば、Huawei Mate 40 Pro+ は、1 倍から 3 倍の焦点距離の間でプライマリ カメラを使用し、倍率を上げるとデジタル ズームします。 3X ズーム以上では、ビューファインダーは 3X 光学ズームを備えた望遠カメラに切り替わります。 このカメラは 9.9 倍の倍率 (3 倍の画像をデジタルでトリミング) まで使用され続けますが、それを超えると、電話機は 10 倍の光学ズームを備えた潜望鏡カメラに切り替わります。 倍率が 10 倍を超えると、電話機は再び 10 倍の画像にトリミングされ、「ハイブリッド」ズームに依存します。 当然のことながら、5 倍の潜望鏡ズーム カメラ モジュールを備えたデバイスでは、遷移は焦点距離の 5 倍で発生します。

潜望鏡カメラのもう 1 つの主な欠点は、焦点距離が長くなると視野が狭くなり、 カメラの開口部の絞りはプライマリ カメラよりも小さい — 両方のカメラで使用されているレンズがほぼ同じであると仮定すると、 同一。 絞りが小さいと、センサーに当たる光の量が減少し、より多くの周囲光が必要になります。 その結果、潜望鏡カメラで撮影した画像は、はるかに大きな開口部を備えたプライマリ カメラと比較して、薄暗くなったり、人為的に露出過剰になったりします。

予想通り、デジタル ズームを使用すると、画像にノイズや視覚的なアーティファクトが生じます。 これは、潜望鏡ズームはかなり強力ですが、実際に動く望遠レンズが許可する多用途性に欠けていることを証明しています。

潜望鏡ズームは望遠の未来になるでしょうか?

潜望鏡望遠カメラのコンセプトは、デジタル ズームよりも進歩的な一歩ですが、上で挙げた制限は、より良いソリューションの必要性を証明しています。 潜望鏡カメラを革新した最初の企業となった OPPO は、現在、可変光学ズームを可能にする可変焦点距離の先進的なコンセプトに取り組んでいます。 2020年8月、OPPOは「」のコンセプトを明らかにしました。ハイブリッド光学ズーム」は 7 枚構成のレンズセットアップを利用しています。

すべてのレンズが互いに等距離にあるのではなく、これらのレンズは 3 つのグループに分割されており、そのうちの 2 つは自由に移動できます。 この自由な動きにより、焦点距離を 85mm ～ 135mm の範囲で可変できるほか、光学ズームを 3.3X ～ 5.2X まで変更できます。 これは、最大 32MP の解像度と 4-in-1 ピクセル ビニングのサポートを備えた CMOS センサーに接続できます。

同時に、 Xiaomiは格納式レンズのセットアップに取り組んでいます、プライマリ カメラの上に取り付けることも、個別の望遠レンズとして使用することもできます。 この機構の大きな利点の 1 つは、レンズが潜望鏡モジュールよりもはるかに大きな開口を利用し、より多くの光を取り込み、その結果、より良い画像が得られることです。 Xiaomiは、早ければ2021年までにこの格納式広口径レンズを搭載したスマートフォンを発売する可能性がある。

Appleさえも次の段階に移行すると予測されている 2022年までにiPhoneにペリスコープカメラが搭載される. それが実現するまでにはまだあと2年はあるが、iPhoneに潜望鏡カメラが採用されれば、今よりもはるかに主流になるかもしれない。 それまで、私たちは現実からあまりにも飛躍することなく、業界の発展を追跡し続けます。

潜望鏡ズームカメラについてどう思いますか? また、今後数年間のスマートフォン写真撮影におけるカメラの役割はどのようなものになると予想しますか? 以下のコメント欄であなたのご意見をお聞かせください。