浅谈液态镜头

4月16号,小米首款折叠屏手机MIX FLOD正式发售, MIX FOLD的特色之一是拥有全球首款手机液态镜头加持,将“人眼晶状体”装入手机镜头,可流动的液体通过薄膜包裹,替代传统光学镜片,实现了焦距和焦点的变化,近可显微、远可长焦。这也是液态镜头技术首次被应用于手机相机中。

液态镜头利用了人眼仿生学原理,使用类似晶状体结构代替传统光学镜片。由薄膜包裹下的透明流体,在马达高精度驱动下,通过小米自研的ISP可以精确且精细的改变球面的形态,从而实现迅捷流畅的快速对焦。此外,这种光学流体还具有高透光率、超低色散和出色的耐极端环境等特性,可以确保稳定持久良好的光学特性表现。

液态镜头可以通过电子方式调节焦距而不需要任何机械操作,这样成像系统就可以克服景深 (DOF) 限制。这非常适合不同物体高度和工作距离的应用。对于这种应用,传统解决方案是采用电动变焦镜头,或重新将物体置于焦距内。另外一种增大传统镜头景深的方法是减小成像镜头光圈尺寸,从而增大 f/#。但这也会导致分辨率和成像系统进光量下降,从而降低采集速度和图像质量。成像系统安装液态镜头之后,无论物体和相机的距离有多远,都可以进行电子变焦,而不影响速度和成像质量。就像利用玻璃制成的传统光学镜头一样,液态镜头也属于单体光学元件,但其材质是可以改变形状的光学液态材料。玻璃镜头焦距取决于其材质和曲率半径。液态镜头也遵从相同的基本原理,但其独特之处在于可以改变曲率半径,从而改变焦距。这种半径变化采用电控方式,能够实现毫秒级的变化。生产厂家利用从电润湿到形变聚合物再到声光调节等各种技术,控制液态镜头曲率半径和折射率。

实际上,液态镜头的原理并不复杂,它比传统镜头更早的进入到我们的眼中——人眼之所以能无缝调节焦距,就是因为睫状肌在自动调整晶状体的弧度,人之所以近视的原因,也是因为睫状肌长期收缩导致的痉挛,肌肉无法正常舒张看清远方。

  

       而液态镜头的效果也大致与眼球相同,能够实现焦距和焦点的变化,简单来说就是将一颗焦距极长的长焦镜头变成一颗可远可近的“动态镜头”,甚至可以实现超近距离的微距功能。如果在遇到一些需要快速切换对焦对象的情况时,比如从数十米外的景物切换到眼前几厘米的小物体时,液态镜头就可以通过改变液体的压力来调整焦距,从而实现变焦,而在变焦过程中,从凸面到凹面也仅需几微秒,相比起如今的机械变焦快的不是一点半点。



  

       就以目前的商用成果来看,液态镜头大致可分为渐变折射镜头、液态填充式镜头以及电润湿效应镜头,前面两者由于体积较大,结构十分复杂,应用到手机镜头上的可能性较低,因此电润湿效应镜头的原理会更加接近小米公布的液态镜头技术。
      相比起传统光学镜头,液态镜头的优势就十分明显。
     1 体积更小:由于液态镜头受力后的精细形面变化即可迅速确定焦点,这可以大幅降低长焦微距功能模组的厚度。
     2 对焦更快:由于使用了人眼仿生原理,液态镜头形变速度远比传统光学镜头的机械控制更快,因此可大幅提升对焦速度。
     3 液态镜头:实现了微距与长焦的共存,用三颗镜头实现四项功能。

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