全反射棱镜的光路如何
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智东西(公众号:zhidxcom)
文 | 漠影
在开卖几周后,应该很多用户已陆续拿到新款iPhone 15系列新机,也有很多媒体和博主对这一代iPhone手机进行了各种角度的测试体验。
我在这几周的使用时间里,最核心关注的一个点就是iPhone 15 Pro Max新增的5倍光学长焦镜头到底用起来怎样,带来了哪些不一样的体验,能拍出怎样不同视角的画面,又还存在哪些不足?
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右侧镜头为iPhone 15 Pro Max的5倍长焦镜头
先说结论,我发现,这应该是苹果第一台可以实现拍月亮自由的iPhone,同时也是第一台可以将焦段覆盖到13mm广角到667mm(25倍数码变焦)超长焦的iPhone,变焦范围达到了50倍。
同时,苹果的长焦镜头方案创造性地运用一块棱镜实现四次光线反射的镜头方案真的很秀,不仅有效控制了机身厚度,还保证了尽可能大的光圈(5倍长焦F 2.8)。
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iPhone 15 Pro Max(左)对比14 Pro Max
实际体验中,等效35mm相机120mm焦距视野的5倍长焦带来了迥然不同的视角,光线充足时成像画质不错,弱光噪点相对明显,但长焦视频拍摄防抖很厉害,出片非常稳,这点很难得。
下面我就结合我用iPhone 15 Pro Max长焦拍摄各种题材场景的感受和大家细谈苹果首个手机潜望5倍长焦的实际表现和特点,同时也谈下对iPhone 15 Pro Max为代表的这代iPhone整体印象(文中拍摄视频、样片,除非特别说明,均由iPhone 15 Pro Max的5倍长焦镜头拍摄)。
这是iPhone 14 PM和15 PM不同焦段取景视野的不同,差别在长焦镜头的光学等效焦距和数码变焦范围:
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先总体说下iPhone 15系列,有人感觉iPhone 15是升级平平无奇的一代,那可能是还没看懂苹果iPhone升级的内在逻辑。
如果把时间线拉长一点,别一年一年的看,你就会真正看清“挤牙膏”的艺术。
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改用钛合金边框的iPhone 15 Pro Max
其实iPhone大的换代周期应该是每3~6年一次,主要是4年左右;一般用户肯定不会年年换手机,但隔代或隔几代差别就比较明显了,我们简单回顾下:
第一阶段iPhone ID(工业设计)设计是圆弧鹅卵石般的手感,从iPhone 1到iPhone 3Gs结束,持续3年,2007-2009。
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第二阶段的iPhone ID来到了直角边框时代,从iPhone4到5s,持续4年,2010-2013。
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第三阶段iPhone ID设计来到大屏、圆弧边框,从iPhone6直到iPhone 11,持续6年,时间最久,2014-2019。
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第四阶段iPhone ID设计回归直角边框,从iPhone 12系列直到现在的iPhone 15系列,已经4年,所以下一代iPhone 是不是又到了大变脸的时刻呢?
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iPhone 15系列应该是iPhone推出至今第四阶段ID(工业设计)同时功能最为完善的一代,集合了iPhone 11之后自iPhone 12系列至今的诸多升级,并达到一个各方面趋近最好的状态。
比如说iPhone 12就有无线充电,后来才加上了磁吸功能,使用起来更为方便;
直角设计加上手机越做越大就会有硌手和太重的问题,到iPhone 15这代通过钛合金得以优化;
iPhone 11开始就有了三摄,到iPhone 15才让4800万像素成为标配,并让单机镜头能够覆盖13~120mm的七个焦段,主摄存储文件也升级到2400万像素;视频方面更是如此,iPhone 8就开始支持4K 60帧视频拍摄,但直到这一代才实现了全焦段的4K 60帧拍摄。
还有屏幕刘海的蜕变过程,早在2017年的iPhone X首次引入刘海屏设计,到iPhone 12的时候变窄变小、到iPhone 14的时候开始和屏幕断开,成为现在灵动岛的样子,直到iPhone 15全系上岛,下一代会不会完全消失呢?
二、不拘一格的苹果思路:单棱镜潜望长焦镜头再说下苹果所采用的这个单棱镜潜望长焦镜头技术思路,非常天才的设计,原始创意来自一位日本光学工程师,不过专利早已被苹果拿下,可见苹果公司在盯上一个方向的时候,在他出招之前会提前很久开始布局和方案选型比较。
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iPhone 15 PM长焦镜头专利图
我认为,单棱镜长焦镜头是苹果“简单思路、复杂技术”技术思维非常典型的体现,单棱镜巧妙地运用了光在棱镜中在一定入射角能实现全反射的原理,用了最少的部件实现了拉长光路的作用,进了实现了长焦取景的目的,并有效控制了机身厚度、结构对传感器尺寸也很友好,而且还实现了传感器防抖,简直是一举多得。
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iPhone 15 PM长焦镜头模拟光路(网友制图)
但这样看似很完美的技术方案面临的棱镜加工上极高的难度,比如在如此小的棱镜里,要开槽、要镀膜等等复杂工艺,目前还没有消息显示国内苹果供应链企业有参与到这颗苹果长焦镜头棱镜的供货。
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iPhone 15 PM长焦镜头棱镜复杂的加工过程(网友制图)
三、5倍长焦镜头下的世界:让日常变得不平常使用iPhone 15 Pro Max的5倍长焦镜头我进行了生活中很多场景的尝试,虽然在某些方面可能还比不上专业相机,但是考虑它的易用性、可玩性还有便携性上,我们又能多要求什么呢?
1、拍月亮,及对比华为和专业相机长焦镜头赶上中秋、国庆双节,我用15 Pro Max的长焦亲测了拍月亮,不过要拍好,也有些操作技巧。
比如要尽可能大地拍摄月亮,直接用5倍镜头还不行,得拉到25倍数码变焦;拉到25倍数码变焦后又会有不好对焦大问题,我的一个经验是,边点击屏幕对焦,变拉低曝光值,这样能够更快地对上焦。
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iPhone 15 Pro Max拍月亮对焦过程
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iPhone 14 Pro Max拍月亮对焦过程
如果是满月的深夜,月亮和环境的光比最大,对焦也是最难的,但如果是早上天边微亮,月亮又还没落下的时候,拍出来就更容易了。
其实在早些年的老款iPhone上我也尝试着拍月亮,方法是用iPhone对着一个街边的路灯头对焦、曝光,这样能在夜晚让iPhone获得一个更高的快门速度,再挪到月亮视角,进一步拉低曝光,也能拍到月亮,但这样的问题是焦点毕竟不是对在无穷远处,镜头焦距和CMOS也比这代5倍长焦差了不少。
我用iPhone 15 Pro Max也拍摄了几种不同时刻的月亮,比如深夜的、清晨的、甚至还可以通过延时排出月亮落山的画面。
能拍月亮的不止iPhone 15 Pro Max,我也将它和专业相机5D4搭配70~200 F2.8镜头的画面做了对比,看专业相机,相同的120mm焦距能拍成啥。
这就是iPhone 15 Pro Max和其它几款设备拍出的月亮效果:
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几款不同设备拍摄月亮对比
可以看到15 Pro Max的5倍长焦相比前代3倍长焦,用起来要顺手很多,在这种极限情况对焦都很难,要配合我前面说的技巧;专业单反相机是不是真的底大一级压死人呢?看样片,确实月亮的层次感要强很多,而且这还是原图放大2倍的效果 。
同时我也将15 Pro Max拍月亮和华为X5进行了对比,说实话,华为的长焦拍月亮也很强,相比之下,华为长焦拍月亮我感觉对焦更果断,但是画面质感感觉iPhone更自然一些。
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用清晨的光线拍摄月亮延时,能同时拍到月亮和环境
2、打鸟(拍鸟)、追拍飞机等iPhone 15 Pro Max的5倍长焦可以实现等效120mm的固定焦距和最长667mm的25数码变焦(视频是15倍数码变焦),这样我们就可以在不太苛求画质的情况,有更多玩法了。
比如拍鸟,我感觉记录动态视频画面比照片更有意思,因为这次iPhone 15 Pro Max实现了全焦段的4k 60帧录制,加上长焦端的传感器防抖,能拍到很多之前手机不太可能拍到的画面。
比如这个跟着鸟飞行的画面,画质咱凑活看,主打一个稳。
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用长焦追拍水鸟
与鸟属于同一类远处飞行拍摄对象的还有—— ——飞机。
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用长焦追拍飞机
我在上海虹桥机场、首都机场都是在等飞机的间隙,拿起15 Pro Max的长焦记录了几次在候机厅看到的飞机起降画面,这是之前手机很难记录的,是不是还挺有意思?
3、拍风景:车流、远山、日出/日落日常中的风景,经由5倍长焦镜头取景后,画面内容会变少,空间会被压缩,能带来一种“陌生感”,或者说视觉上的新鲜感。
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远山、车与路
比如日落街头的车流,你仿佛能感受到时间的流淌,落霞也在画面中保留了最耀眼的部分。
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傍晚的车流
比如远处的大山,经过长焦镜头的裁取,画面也更简洁,线条感更强。
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晨光和日落远山
4、拍人像5倍长焦拍摄人像方面,我感觉有些喜忧参半。
喜的是,拉开与拍摄距离可以捕捉到更多有意思的画面,比如拍摄孩子的时候,离主体更远,也能更好地抓拍而不打扰拍摄对象。
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5倍长焦拍摄人像
忧的是,虽然等效120mm焦距,但是iPhone 15 Pro Max的长焦镜头在带来画面空间压缩的同时,并不会带来太强的光学自然虚化效果。
同时,成像画质上我感觉比15 Pro的3倍光学镜头弱一点,尤其弱光环境,所以就单论人像拍摄,14 Pro Max/15 Pro的等效77mm三倍长焦貌似用起来更顺手。
5、其它日常拍摄:舞台、演唱会等日常工作、生活中还有很多地方能玩好、用好iPhone 15 Pro的这“7颗镜头”,这里想补充说下标准镜头的三个等效焦距24mm、28mm、35mm。
配上静音键改变而来的多功能键,一键开启拍照会更方便了,可以完整实现不摸屏幕完成拍照,方便的同时,也能有种使用传统相机拍照的感觉。
这是一个音乐节现场比较极端的场景,在一个露天的公园场地,我几乎是站在人群的最后了,用长焦镜头夸张的极限变焦能力,仍然能抓到舞台中乐队表演的画面(未裁切)。
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音乐节观看位置(非常远)
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长焦极限变焦(15倍)录得的画面
如果你是一位媒体工作者,或者处于学习、工作需要要拍摄PPT、舞台人物的照片、视频,你会发现多了这些固定较短选择,会方便很多。
拍摄PPT时,你可以在三个标准焦距选个构图更干净的。
讲台上的演讲者也能拉近拍摄人物特写。
我们知道iPhone 15的主摄现在默认能保存2400万像素照片了,告诉大家一个小技巧,能默认保存2400万像素的焦段是1~1.9倍,1倍以下和1.9倍以上都不可以,仍然是1200万像素。
6、拍视频iPhone 15 Pro Max在视频拍摄方面仍然是手机行业的标杆。
这次不仅实现了全焦段的4k 60帧拍摄,而且支持Log格式的视频、外接硬盘录制,我也看到不少视频工作者对iPhone 15 Pro Max的这些功能狂喜不已。
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在4K 60帧下进行全焦段丝滑变焦
具体到5倍长焦则是在于可以实现15倍数码变焦拍摄、且防抖很稳,前面也做了专门展示。
7、不足和进步空间最后说下iPhone 15 Pro Max在拍摄上仍能改进的地方,首先就是2倍~5倍光学镜头中间的焦距空档比较大,这就导致2.1~4.9倍的画面全部是通过数码裁切的来的,画质损失比较大。
同时,前面也提到了,iPhone 15 Pro Max的长焦镜头画质尤其弱光下有待提升,噪点比较明显,按照苹果的惯例,让它进化个2代、3代综合素质相信又会有很大提升。
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5倍长焦弱光下的画质有很大提升空间
与画质一样需要提升的还有极限变焦后大光比画面对焦速度,虽然苹果在发布时也讲了5倍长焦镜头时支持全画面对焦的,但对焦感觉是没有另外两颗果断的;
另外,我对iPhone 15 Pro Max长焦镜头还有个很大的期待是,希望能加入长焦微距功能,这样可玩性会增加不少,比广角微距更能突出画面主体。
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若有广角微距,这类画面主体会更清晰突出
四、其它升级点体验感受改用钛合金边框后,确实轻了不少,但前提是裸机握持,如果带上保护套,发现重量又上来了。
所以只有保护套也跟着减重,才是真的轻量化,我发现苹果官方和一些保护套厂商已经在这样做了。
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15 Pro Max的新款保护壳不仅材质更环保重量也更轻了
iPhone 15改用Type-C接口后,真的是方便了不少,我现在基本完全用不着Lightning线了,因为从Apple Watch到AirPods Pro基本都实现了Type-C自由。
Type-C接口带来的便利非常多,比如可以非常方便地外接之前笔记本电脑用的拓展接口,甚至能接鼠标、键盘,也能很方便地接显示器。
我不是重度游戏爱好者,对A17 Pro芯片的发热感受没那么强烈,加上系统升级的优化,也就更不明显了,我在使用中感觉发热最严重的就是充电的时候。
另一个感受很明显的地方是,内存增加到8GB之后带来了一些使用上的好处,明显感觉后台能驻留的App更多了,大家肯定也遇到过这种情况,使用一个App进行某个操作,中间切换到其它App做了些其它事,再切回来,原来的那个App操作流程已经中断需要重新开始,而现在能驻留后台等待的App感觉明显多了些。
五、结语:最后还是想说,每年都有新iPhone推出,也每年都有惊喜,每年都有遗憾。
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但还是如开头所说,我们把时间线拉长了看,iPhone 15 Pro Max是比较内秀的一个第四阶段iPhone发展相对完美的形态,在屏幕显示、处理器、交互操作、影音拍摄系统以及接口等方面进行了全面升级。
除了本文重点讲的iPhone 15 Pro系列的代表iPhone 15 Pro Max,标准版的iPhone 15也在综合素质上在向Pro靠拢。
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宗凌詹3928如图所示,abc为一全反射棱镜,它的主截面是等腰直角三角形.一束白光垂直入射到ac上,在ab面上发生全反 -
曾肺凡15317756540 ______ A、B若入射光顺时针旋转,在ab面上的入射角减小,则会有光从ab面射出,但红光的折射率最小,紫光折的折射率最大,由sinC= 1 n 知,红光的临界角最大,紫光的临界角最小,所以红光最先不发生全反射而从ab面射出,故A正确,B错误. C、D垂直射入ac面的白光在ab面已发生全反射,入射角大于临界角,若入射光逆时针旋转,入射角增大,则光在ab面上仍会发生全反射,不会射出,故C、D错误;故选A
宗凌詹3928如图,ABC为一全反射棱镜,它的主截面是腰直角三角形,如图所示,一束白光垂直入射到AC面上.在ab面上发 -
曾肺凡15317756540 ______ 根据题意可知:垂直射入AC面的白光在AB面已发生全反射,顺时针转动时,入射角逐渐小于45°.七种色光中,红光的折射率最小,紫光的折射率最大,由临界角公式sinC= 1 n 得知,红光的临界角最大,紫光的临界角最小,所以红光最先小于临界角,不发生全反射,而产生折射,则红光先射出. 故答案为:红光
宗凌詹3928三棱镜怎么做? -
曾肺凡15317756540 ______ 三棱镜主要有两个作用,第一个是利用他的折射率来产生色散,就比如把白光变成彩虹,把给光脉冲提供空间色散以使之展宽或者压缩.另外一个就是利用他的全反射原理,来改变光路,当入射角合适的时候,通知都是45度角棱镜,光是垂直于一短边入射,然后在长边上全反射,然后从另外一边出射,可以改变光的传播路径.比平面镜损失小!
宗凌詹3928全反射 和 镜面反射 区别 -
曾肺凡15317756540 ______ 镜面反射光是撞到了不透明的物体反射,比如将光照射到墙壁上,镜子上(你光线是任何角度,他都只会有反射光,不存在折射光出现) 而全反射是光通过透明的物体上出现的现象,比如从水中往空气里照(只有大于一定角度的时候才没有折射光出现)
宗凌詹3928五棱镜的光学性能 -
曾肺凡15317756540 ______ 优质光学玻璃精磨而成的五棱镜有非常优秀的光学性能,反射率非常高(理论上讲,五棱镜的反射视野率是100%),光路中光线损失非常少,因此取景视野明亮清晰.但是,优质的五棱镜造价昂贵,而且比较沉重,增加了整台相机的成本和重量.所以一般高端单反相机才使用五棱镜作为取景装置,而一般低端单反相机则是使用一种叫做五面镜的装置来代替五棱镜. 在棱镜内部的反射不是全反射造成的,因为入射光线在反射时的角度小于临界角,也就是全反射的最小角度,所以两个反射面都要镀成反射镜面;入射与出射的面则要镀上防反射膜以减少反射.第五个面虽然没有用到,但与两个反射面的夹角都是钝角(大于直角的内角).
宗凌詹3928光的全反射原理有何应用? -
曾肺凡15317756540 ______ 光由光密媒质进入光疏媒质时,要离开法线折射,当入射角θ增加到某种情形时,折射线延表面进行,即折射角为90°,该入射角θc称为临界角.若入射角大于临界角,则无折射,全部光线均反回光密媒质.此现象称为全反射.当光线由光疏媒质射到光密媒质时,因为光线靠近法线而折射,故这时不会发生全反射.光的全反射原理生活中应用:光导纤维:医院里的内窥镜 光纤通信 全反射棱镜:潜望镜,望远镜等 自行车的尾灯 街头玩具,一端发亮的玻璃丝
宗凌詹3928车后镜是全反射棱镜还是平面镜平面镜构造和反射原理 -
曾肺凡15317756540 ______[答案] 全反射棱镜 如:汽车的观后镜为凸面镜,它是汽车驾驶室外面的凸镜.凸镜对光线有发散作用,成正立、缩小的虚像,扩大了司机的观察范围,从而保证行车安全. 平面镜成像规律:等距等大的实相. 平面镜光的反射规律:若入射光线平行,则反射光...