Was ist ein Periskopobjektiv für Smartphone-Kameras?

Oppo

Der Smartphone-Kamerawettbewerb war schon immer ein Spiel mit Zahlen. Welches Unternehmen kann mit den meisten Megapixeln, Kameras oder (zunehmend) Zoom aufwarten? Wenn es um die Gesetze der Physik geht, gehen optischer Zoom und dünne Telefone einfach nicht Hand in Hand.

Im Juli 2020 ist es wurde gemunkelt dass Apple einem zukünftigen iPhone möglicherweise ein Periskop-Teleobjektiv hinzufügt. Periskop-Objektive gibt es schon seit einiger Zeit und sie umgehen die Größenprobleme, die herkömmliche Teleobjektive haben.

Hier erfahren Sie, wie sie funktionieren und was dies für die Zukunft der Smartphone-Branche bedeutet.

In der Fotografie spielt die Größe eine Rolle

Die größten Grenzen der Fotografie waren immer eher physische als technologische. Es gibt einige Gesetze der Optik, durch die Sie sich einfach nicht durchsetzen können. Deshalb sind DSLR- und spiegellose Kameraobjektive so groß und schwer. Um lange Brennweiten und große Blendenöffnungen bereitzustellen, müssen die Objektive selbst eine bestimmte Größe haben.

Beispielsweise muss ein Objektiv mit einer Brennweite von 200 mm und einer maximalen Blende von 1: 2,8 ein Frontlinsenelement haben, das mehr als 70 mm (oder 3 Zoll) breit ist. Und das schließt keine Überlegungen zur Herstellung ein.

Smartphone-Kameras haben die gleichen Einschränkungen, jedoch in viel kleinerem Maßstab. Da sie kleinere Sensoren haben, erhalten sie durch kürzere Brennweiten eine größere Vergrößerung. Mit dieser Anordnung sind jedoch viele Kompromisse verbunden.

Das iPhone 11 Pro verfügt beispielsweise über ein 52-mm-Teleobjektiv, das dem Vollbild entspricht und eigentlich nur 6 mm groß ist. Wenn Sie also dasselbe Foto mit einer professionellen DSLR aufnehmen möchten, benötigen Sie ein 52-mm-Objektiv. Da der Tele-Kamerasensor des iPhones 1 / 3,6 Zoll groß ist (ca. 5 mm diagonal), erhalten Sie eine gleichwertige Vergrößerung.

Die Hersteller stoßen jedoch allmählich auf Probleme. Sie können Kamerasensoren nicht viel kleiner verkleinern, ohne dass die Kompromisse unüberschaubar werden. Kleine Sensoren arbeiten bei schlechten Lichtverhältnissen viel schlechter und haben es bei höheren Auflösungen schwerer.

Wenn Apple mehr Zoom für das iPhone haben möchte, könnte dies (theoretisch) die Größe des Sensors halbieren. Es wäre jedoch wahrscheinlich teuer in der Herstellung und schrecklich in der Verwendung.

Die bessere Option ist, die Größe des Objektivs zu erhöhen.

Das Problem umgehen

Huawei

Das Vergrößern eines Objektivs ist ebenfalls mit Problemen verbunden. Das iPhone 11 Pro ist nur 8,1 mm dick. Auch wenn ein Objektiv mit einer Brennweite von 6 mm nicht genau 6 mm lang sein muss, muss es nah sein. Es wird also immer noch einen erheblichen Teil des verfügbaren Speicherplatzes auf einem Smartphone beanspruchen. Es ist einfach nicht genug Platz, um einem nur 8 mm dicken Telefon ein 12-mm-Objektiv hinzuzufügen.

Es sei denn, Sie tun es seitwärts.

Eine Periskoplinse funktioniert ähnlich wie ein Periskop auf einem U-Boot. Licht tritt in das vordere Element ein und wird dann von einem abgewinkelten Spiegel um 90 Grad reflektiert. Es passiert alle anderen Objektivelemente, bevor es auf den Kamerasensor trifft, und wird dann als Foto aufgezeichnet. Durch Ändern der Richtung, in die sich das Licht bewegt, müssen längere Linsen nicht so tief sein, da sie breit sein können.

Für Telefonhersteller ist dies ein schwerwiegender Vorteil. Es ist viel praktischer, den erforderlichen Platz für ein längeres Teleobjektiv horizontal zu finden, als den Sensor zu verkleinern oder ein dickeres Telefon herzustellen.

Auf diese Weise sind Hersteller nicht auf 50-mm-äquivalente Objektive mit 2-fachem optischen Zoom (oder auf Knopfdruck und mit etwas zweifelhaftem Marketing auf 3-fach) beschränkt. Es ermöglicht 100-mm- (ca. 5-facher Zoom) oder sogar 200-mm-äquivalente (ca. 10-facher Zoom) Objektive.

Sicher, es gibt immer noch Kompromisse und die Technologie ist neu, aber sie überspringt die größte Einschränkung beim Hinzufügen eines optischen Zooms zu einem Smartphone.

Digitaler versus optischer Zoom

Wenn Sie jetzt denken, dass Ihr iPhone bereits einen 10-fachen Zoom hat, haben Sie Recht, aber auch sehr Unrecht. Es gibt einen Grund, warum wir uns hauptsächlich auf die Brennweite und nicht auf Zoom-Multiplikatoren bezogen haben.

Dies liegt daran, dass es einen wichtigen Unterschied zwischen optischem und digitalem (oder verbessertem, hochauflösendem, raum- oder AI-unterstütztem) Zoom gibt. Beim optischen Zoom ergibt sich die Vergrößerung aus den optischen Eigenschaften eines Objektivs mit längerer Brennweite. Entfernte Objekte erscheinen wirklich näher, als würden sie durch ein Teleskop gesehen, ohne dass die Bildqualität beeinträchtigt wird.

Dieser 10-fache Zoom auf einem iPhone ist nur ein Ausschnitt aus dem 2-fachen Zoom.

Der Digitalzoom ist in seinen vielen Erscheinungsformen nur eine ausgefallene Art zu sagen, dass ein Foto so beschnitten ist, dass es wie ein gezoomtes Bild aussieht. Zugegeben, der Digitalzoom hat einen langen Weg zurückgelegt. Mit Sensoren mit hohen Megapixeln, „Binning“ (mehrere Pixel werden als ein einziges großes Pixel behandelt) und besseren Upscaling-Algorithmen erzielen Hersteller bessere Ergebnisse.

Trotzdem ist es wirklich dasselbe, als würde man einfach ein Foto machen und es später zuschneiden. Sie erhalten keine echte Vergrößerung und es kommt immer zu einem Verlust der Bildqualität, wenn Sie weiter zoomen.

Natürlich können Sie keine Marketingkampagne um dieses Stück Wahrheit herum aufbauen.

Periskoplinsen sind erhältlich

Apple wird nicht der erste sein, der sich der Periskopparty anschließt. Chinesische Hersteller (insbesondere Oppo und Huawei) spielen seit mehreren Jahren mit ihnen herum. Das Huawei P40 Pro + mit fünf Kameras verfügt über ein 10-fach Periskop-Teleobjektiv, das einem 240-mm-Objektiv einer Vollbildkamera entspricht.

Die Weitwinkelkamera im Huawei P40 Pro. Huawei

Das weiter verbreitete Samsung Galaxy S20 Ultra verfügt über ein 5-fach Tele-Periskop-Objektiv, das in etwa einem 100-mm-Objektiv entspricht. Das überzogene Marketing von Samsung bemüht sich jedoch, diese Informationen bei einigen zu verschleiern wirklich lächerliche Multiplikatoren.

Das 5-fach optische Zoomperiskop. Überprüfen Sie die Bildqualität! Huawei

Wie so viele andere Telefonfunktionen wird auch Apple, selbst wenn es nicht das erste Mal war, beim Markteintritt für Furore sorgen. Ich denke, wir können mit Sicherheit davon ausgehen, dass dies bis zum Start des iPhone mit Periskoplinse eine viel gefragtere Funktion sein wird.