智慧手機現在的競爭核心是攝像頭性能。最近5年左右，由於攝像頭的複眼化，性能不斷提升。不過，隨著三眼攝像頭的配備，機殼空間正逐漸接近極限。

        

      近年，美國蘋果「iPhone」也在放緩升級攝像頭。自2019年推出的「iPhone 11 Pro／Pro Max」採用三眼攝像頭以後，攝像頭數量一直沒有變化。像素也到2022年上市的「iPhone 14 Pro Max」為止，停留在1200萬像素（表1）。
　　　　　

表1：2018年以來iPhone攝像頭技術的變遷 由於感測器尺寸沒有公佈，參考了比較網站等的內容（表由《日經XTECH》製作）

  　　　

      不過，雖然現在處於平臺期，但智慧手機的攝像頭今後還會不斷發展。比如，2023年蘋果將上市的「iPhone 15 Pro MAX」據説將採用「潛望鏡（Periscope）」。

   

      那麼，5年後智慧手機的攝像頭將變成什麼樣子？（圖1）。記者根據現在的趨勢和器件廠商的採訪嘗試進行了預測。

       

      5年後智慧手機的攝像頭或變成這樣

圖1：5年後的智慧手機的攝像頭預測 （圖為《日經xTECH》製作）

       

      首先是前置攝像頭（螢幕側的攝像頭）。為了實現高畫質自拍，將不斷推進複眼化。前置攝像頭複眼化的動向已逐漸出現。小米科技（Xiaomi）在2022年9月開始銷售的「Xiaomi Civi2」及2023年3月開始銷售的「Xiaomi 13 Lite」上將前置攝像頭變成了雙攝。目的是實現高畫質的肖像（以人物為拍攝對象的照片）。據稱，蘋果iPhone 15 Pro MAX也將把前置攝像頭變成雙攝。

  

      其次是後置攝像頭（背面的攝像頭）。攝像頭個數仍跟現在一樣。原因在於智慧手機的機殼已基本沒有空間，很難進一步複眼化。

  

      不過，感測器尺寸將越來越大。以高端機型為主，將越來越多採用1英吋感測器。從2022年起，採用1英吋感測器的機型越來越多，估計5年後形成市場。

  

      元件結構方面，將追求改善望遠特性和手抖補償（防抖）的結構。為了改善望遠特性將使用潛望鏡，也會越來越廣泛的使用轉動多個鏡片群改變焦距的「可變焦式長焦鏡頭^*」，接近單眼相機的用法。

  

      *可變焦式長焦鏡頭：普通的智慧手機攝像頭只有一個由多個鏡片組成的鏡片群，因此焦距是固定的。而可變焦式長焦鏡頭配備多個鏡片群，可通過轉動鏡片群改變焦距。

  

      手抖補償是為了滿足年年增加的視頻拍攝需求。在「TikTok（抖音國際版）」及「YouTube」上發佈資訊等拍攝視頻的機會越來越多，攝像頭的用法正加速從拍照向拍視頻轉變。與之相應，面向高畫質視頻拍攝的需求也隨之增加。通過調整感測器和鏡頭進行手抖補償的傳統做法將改為調整攝像頭模組進行補償的「Module Tile OIS（Optical Image Stabilizer）」以及通過沿著各種軸轉動感測器和鏡頭來補償的「多軸OIS」等高性能補償方式。

      

      以下介紹一下這類新採用技術的詳情和發展方向。  
   

   
      在智慧手機上採用潛望鏡
   

圖2：鏡頭方式的差異 由於潛望鏡可以向智慧手機的長度的方向調整焦距，焦距將獲得改善，進而改善光學變焦。另一方面，由於相對於智慧手機機殼需要垂直安裝圖像感測器，因此感測器尺寸的增大將受限（圖為《日經XTECH》繪製）

    

      使用潛望鏡時，長焦的特性將改善。普通長焦鏡頭需要平行于智慧手機並按照厚度的方向安裝，因此受到機殼厚度的制約，不能充分調整焦距。但是，潛望鏡可以垂直于智慧手機按照長度的方向留出焦距，因此可以比普通長焦鏡頭延長焦距，可以實現更高倍率的光學變焦（圖3）。

圖3：焦距與倍率的關係 （圖為《日經XTECH》製作）

   

      潛望鏡已在智慧手機上被推向實用化。南韓三星電子2023年4月20日上市銷售的「Galaxy S23 Ultra」採用了潛望鏡，光學倍率（光學放大倍率）是10倍。而未配備潛望鏡「iPhone 14 Pro Max」的長焦攝像頭光學倍率只有3倍，可見改善效果之大。

  

      不過，潛望鏡與感測器尺寸存在無法兼顧的關係。因為要將感測器與智慧手機機殼垂直安裝。也有的廠商通過同時安裝普通長焦鏡頭和潛望鏡，實現了低倍率和高倍率的拍攝。以低倍率可以拍攝優先平衡長焦特性與光量的照片，以高倍率則可以拍攝光量少、光線暗但提高了長焦性能的照片。

     

      與高級卡片數位相機同等尺寸的感測器問世

     

      感測器尺寸的大型化之前也在被推進，但2022年出現了突破性進展。索尼半導體解決方案（Sony Semiconductor Solutions ，SSS）開發出了面向移動終端的1英吋感測器「IMX989」（圖4）。

   

圖4：索尼半導體解決方案面向移動終端的1英吋感測器「IMX989」 （照片來自《日經XTECH》）

   

      以此為契機，採用1英吋感測器的廠商猛增。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月發售「OPPO Find X6 Pro」，上述廠商接連推出的都是採用1英吋感測器的智慧手機機型。

     

      1英吋感測器是卡片數位相機的高級機型等使用的感測器尺寸，作為移動終端的感測器這一尺寸極大（圖5）。

圖5：圖像感測器尺寸比較 （圖為《日經XTECH》製作）

   

      增大感測器尺寸的好處是可以實現明暗差強烈的拍攝和高精細攝影（圖6）。能實現拍攝明暗差強烈的場景是因為感測器尺寸增大，像素尺寸也增大，1像素可處理的電子數量隨之增多。這樣就可以拍攝動態範圍增大、明暗對比強烈的場景。實現高精細攝影也是因為感測器尺寸增大時，會單純使像素增加。

 

圖6：尺寸增大的好處 （圖為《日經XTECH》製作）

    

      成本和耗電量成為課題

     

      雖然採用1英吋感測器的情況在增加，但配備機型全部是高端機型。原因是1英吋感測器的成本較高。1英吋感測器可從晶圓獲取的數量少，因此成本增加。

  

      另外，還有耗電量的課題。由於圖像感測器受像素增加時，電晶體數量等增加，耗電量也隨之增加。拍攝視頻時，如果耗電量大，手機會發熱，干擾增強等，因此改善耗電量變得很重要。雖然索尼半導體解決方案未公佈詳情，但該公司移動系統業務部副部長小關賢表示「一直採取措施削減1英吋感測器的耗電量」。例如，使用該公司開發的「2層電晶體結構^*」，這樣可以增大像素電晶體的尺寸，改善相互導電性，進而改善耗電量等。

  

      *2層電晶體結構：將過去在1層上製造的光電二極體和像素電晶體在不同層製造並貼合的技術。

  

      感測器進一步增大尺寸取決於1英吋感測器的銷售行情

    

      1英吋感測器已經開始推向市場，但還有可能進一步增大感測器尺寸嗎？關於這個問題，暫時無法給出明確的預測。

  

      小米産品計劃本部本部長安達晃彥説：「也在考慮進一步增大尺寸。將在判斷量産技術及成本增加等問題之後，在今後實施討論。不僅需要增大感測器尺寸，還需要開發鏡頭及與驅動系統等實施同步開發」。

  

      索尼半導體解決方案的小關説：「用戶對攝像頭的要求不斷提高。（是否推進大型化）關鍵是用戶對照片的需求在哪個階段走向飽和」。

  

      智慧手機份額排在全球首位的三星電子和緊隨其後的蘋果尚未推出採用1英吋感測器的機型。今後是否進一步增大尺寸，關鍵看這兩家企業今後的動向以及1英吋感測器市場是否走向增長。

  

      青谷 悠平 日經XTECH/日經Electronics

   

      資料來源：日經XTECH

      https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/02453/051700004/

       

想了解更多日經BP資訊，請掃描二維碼關注

版權聲明：日本經濟新聞社版權所有，未經授權不得轉載或部分複製，違者必究。