Che cos'è un obiettivo periscopio per fotocamere per smartphone?

Un diagramma di una lente periscopio su uno smartphone Oppo.

oppo

La competizione tra fotocamere per smartphone è sempre stata un gioco di numeri. Quale azienda può vantare il maggior numero di megapixel, fotocamere o (sempre più) zoom? Quando si tratta delle leggi della fisica, tuttavia, lo zoom ottico e i telefoni sottili non vanno di pari passo.

A luglio 2020, è si diceva che Apple potrebbe aggiungere un teleobiettivo periscopio a un futuro iPhone. Gli obiettivi Periscope sono in circolazione da un po' di tempo e aggirano perfettamente i problemi di dimensioni che hanno i teleobiettivi tradizionali.





Ecco come funzionano e cosa significa per il futuro dell'industria degli smartphone.

In fotografia, le dimensioni contano

I maggiori limiti con la fotografia sono sempre stati fisici, piuttosto che tecnologici. Ci sono alcune leggi dell'ottica che semplicemente non puoi attraversare. Questo è il motivo per cui gli obiettivi delle fotocamere DSLR e mirrorless sono così grandi e pesanti. Per fornire a lungo lunghezze focali e largo aperture , lenti stesse devono essere di una certa dimensione .



Ad esempio, un obiettivo con una lunghezza focale di 200 mm e un'apertura massima di f/2,8 deve avere un elemento dell'obiettivo anteriore largo più di 70 mm (o 3 pollici). E questo non include alcuna considerazione di produzione.

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Le fotocamere degli smartphone hanno le stesse limitazioni, ma su scala molto più ridotta. Poiché hanno sensori più piccoli, ottengono più ingrandimento da lunghezze focali più corte . Tuttavia, molti compromessi vieni con questa disposizione.

L'iPhone 11 Pro, ad esempio, ha un teleobiettivo equivalente full frame da 52 mm, che in realtà è solo un 6 mm. Questo significa se volessi scattare la stessa foto con una reflex digitale professionale, avresti bisogno di un obiettivo da 52 mm . Poiché il sensore del teleobiettivo dell'iPhone ha una dimensione di 1/3,6 pollici (circa 5 mm in diagonale), ottieni un ingrandimento equivalente.



Tuttavia, i produttori stanno iniziando a riscontrare problemi. Non puoi ridurre i sensori della fotocamera molto più piccoli senza che i compromessi diventino ingestibili. I sensori piccoli hanno prestazioni molto peggiori in condizioni di scarsa illuminazione e hanno maggiori difficoltà con risoluzioni più elevate.

Se Apple volesse ottenere più zoom nell'iPhone, potrebbe (in teoria) dimezzare le dimensioni del sensore. Tuttavia, sarebbe probabilmente costoso da produrre e terribile da usare.

L'opzione migliore è aumentare le dimensioni dell'obiettivo.

Eludere il problema

Un

Huawei

Anche l'aumento delle dimensioni di un obiettivo comporta dei problemi. L'iPhone 11 Pro ha uno spessore di soli 8,1 mm. Anche se un obiettivo con una lunghezza focale di 6 mm non deve essere esattamente lungo 6 mm, deve essere vicino. Quindi, occuperà comunque una quantità significativa dello spazio disponibile su uno smartphone. Non c'è abbastanza spazio per aggiungere un obiettivo da 12 mm a un telefono di soli 8 mm di spessore.

A meno che tu non lo faccia di lato.

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Una lente per periscopio funziona in modo molto simile a un periscopio su un sottomarino. La luce entra nell'elemento frontale e viene quindi riflessa di 90 gradi da uno specchio inclinato. Passa attraverso qualsiasi altro elemento dell'obiettivo prima di colpire il sensore della fotocamera e viene quindi registrato come foto. Cambiando la direzione in cui viaggia la luce, le lenti più lunghe non devono essere così profonde perché possono essere larghe.

Per i produttori di telefoni, questo è un serio vantaggio. È molto più pratico trovare lo spazio necessario per un teleobiettivo più lungo in orizzontale piuttosto che restringere il sensore o creare un telefono più spesso.

In questo modo, i produttori non si limitano a obiettivi equivalenti a 50 mm con zoom ottico 2x (o, con una spinta e con qualche dubbio marketing, 3x). Rende possibili obiettivi da 100 mm (intorno allo zoom 5x) o addirittura equivalenti a 200 mm (intorno allo zoom 10x).

Certo, ci sono ancora dei compromessi e la tecnologia è nuova, ma salta perfettamente la più grande limitazione dell'aggiunta dello zoom ottico a uno smartphone.

Zoom digitale e zoom ottico

Ora, se stai pensando che il tuo iPhone abbia già uno zoom 10x, avresti ragione, ma anche molto torto. C'è un motivo per cui ci riferiamo principalmente alla lunghezza focale, piuttosto che ai moltiplicatori di zoom.

Questo perché esiste un'importante distinzione tra zoom ottico e digitale (o potenziato, super-risoluzione, spaziale o assistito da intelligenza artificiale). Con lo zoom ottico, l'ingrandimento è il risultato delle proprietà ottiche di un obiettivo con una lunghezza focale maggiore. Gli oggetti distanti appaiono davvero più vicini, come se fossero visti attraverso un telescopio, senza perdita di qualità dell'immagine.

Esempio di una cattiva immagine zoom di un cane su un iPhone.

Questo zoom 10x su un iPhone è solo un ritaglio ravvicinato dello zoom 2x.

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Lo zoom digitale, nelle sue molte forme, è solo un modo elegante per dire che una foto è ritagliata per sembrare un'immagine ingrandita. Certo, lo zoom digitale ha fatto molta strada. Con sensori ad alta risoluzione, binning (pixel multipli trattati come un singolo pixel di grandi dimensioni) e algoritmi di upscaling migliori, i produttori ottengono risultati migliori.

Tuttavia, è davvero come scattare una foto e ritagliarla in un secondo momento. Non stai ottenendo un vero ingrandimento e ci sarà sempre una perdita di qualità dell'immagine man mano che ingrandisci ulteriormente.

Certo, non puoi costruire una campagna di marketing attorno a quel po' di verità.

Sono disponibili lenti per periscopio

Apple non sarà la prima a partecipare alla festa del periscopio. I produttori cinesi (Oppo e Huawei, in particolare) ci stanno giocando da diversi anni. Il Huawei P40 Pro+ a cinque fotocamere ha un teleobiettivo periscopio 10x equivalente a un obiettivo da 240 mm su una fotocamera full frame.

Grandangolo di un fiume in un canyon.

La fotocamera grandangolare dell'Huawei P40 Pro. Huawei

Il più ampiamente disponibile Samsung Galaxy S20 Ultra ha un teleobiettivo periscopio 5x che è approssimativamente equivalente a un 100 mm. Tuttavia, il marketing esagerato di Samsung fa del suo meglio per oscurare queste informazioni con alcuni moltiplicatori davvero ridicoli .

Zoom di un uomo su una corda che si arrampica sulle rocce vicino a un fiume impetuoso.

Il periscopio con zoom ottico 5x. Controlla la qualità dell'immagine! Huawei

Come tante altre funzionalità del telefono, anche se Apple non è stata la prima, farà comunque un enorme successo quando entrerà nel mercato. Penso che possiamo tranquillamente presumere che, da ora e ogni volta che verrà lanciato l'eventuale iPhone con un periscopio, questa diventerà una funzionalità molto più ricercata.

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Harry Guinness è un esperto di fotografia e scrittore con quasi un decennio di esperienza. Il suo lavoro è stato pubblicato su giornali come The New York Times e su una varietà di altri siti Web, da Lifehacker a Popular Science e OneZero di Medium.
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