为了屏占比拼了!手机前置摄像头是如何玩出花样的?

CFan 电脑爱好者 2019-08-01 12:54产品 标签:手机

对Android手机而言,“屏占比”是最能打动人心的参数之一,因为屏占比越高的手机,它在点亮屏幕后就能带来更为震撼的视觉体验——满眼几乎都是屏,这就是智能手机未来的发展方向。为了成就更高屏占比,前置摄像头的设计逐渐演变出了很多花样,其中哪种设计才最适合我们呢?

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挤出来的变化

自从手机进入“全面屏”时代后,前置摄像头就成为了影响屏占比参数进一步增加的最大障碍。原因很简单,哪怕再小巧前置摄像头的镜头模组,光是镜头直径也要超过2mm,如果再算上整个模组和开孔范围,都需要手机在“额头”部分留出足够充裕的空间。

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现阶段保留传统(前置)摄像头设计且没有改用异形屏,并将屏占比参数提升到较高档次的代表就是魅族16s。这款产品采用了对称式全面屏设计,它没有采用COP屏幕封装工艺,但却在COF封装工艺的基础上就将上下边框的宽度控制到了4.2mm左右,从而“挤出”了前置摄像头的安装位置。

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可惜,这种设计需要对摄像头和屏幕模组进行单独定制,较之产业链现成的公版方案贵了许多,因此才让魅族16s系列显得与众不同。

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像小米MIX2/2S系列这种将摄像头下置的手机也算是“挤出来”的代表,它的前置摄像头模组非常小,只是自拍时总需要进行一次将手机倒过来的过程,在自拍体验上受到了一定影响。

代表产品:魅族16th、魅族16s、小米MIX2s等

切出来的位置

为了控制成本,更多手机品牌都青睐于产业链所提供的成熟方案。于是,我们才能看到满眼都是“水滴屏”的盛况——步入2019年后,无论是售价超过5000元的华为P30系列,还是起价只有699元的Redmi 7,绝大多数新品都选用了这种异形屏方案。

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所谓“异形屏”,就是在传统屏幕的基础上进行切割,包括更大的R角、手机顶部切出的“刘海”、“珍珠”、“水滴”、“美人尖”等不同的凹陷形态。而前置摄像头,就被嵌入到了这部分凹陷空间里,从而最大限度保留屏幕的可视范围,有效提升屏占比参数。如今的新品多以“水滴屏”自居,不同价位产品之间比的就是凹陷边缘的曲线大小,以及上下左右屏幕边框的宽窄(普遍是下边框宽于上边框)。

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代表产品:华为P30、Mate 20系列、OPPO R17/A9系列、小米9、Redmi Note7系列、iQOO、vivo X23/Z3系列、魅族Note9系列等

挖出来的空间

屏幕既然可以“切”,自然也就可以“挖”,于是在异形屏的基础上就增加了“挖孔屏”(又称屏下摄像头)方案。三星Galaxy S10的“超感官全视屏”、Galaxy A8s/A60元气版主打的“黑瞳全视屏”、华为nova 4的“极点全面屏”、荣耀V20/荣耀20的“魅眼全视屏”以及Nokia X71 “点睛全视屏”就都属于挖孔屏的代表。

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挖孔屏支持LCD和OLED两种材质屏幕,对基于LCD的挖孔屏,大家比拼就是开孔的直径,以及采用的是“通孔”还是“盲孔”(没有打穿液晶屏幕)方案,后者可以带来更小的孔径,在视觉效果上可以让摄像头与LCD屏幕完美融合于一体。

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屏幕摄像头开孔很容易挡住APP的部分显示内容,很难确保100%的完美适配

此外,挖孔屏针对前置摄像头的开孔区域是否支持触控也需要纳入我们的考察重点,这将影响到第三方APP的部分界面被开孔遮挡后还能否正常操作。

代表产品:三星Galaxy S10、A8s、A60系列、华为nova 4、荣耀V20、荣耀20、Nokia X71、Moto G8等

弹出来的诱惑

无论采用上述哪种方案,都无法回避前置摄像头总会占用一部分屏幕有效显示空间的事实。换句话说,它们都无法实现屏占比的极致。那么,如何完全“干掉”前置摄像头,成就“真•全面屏”释放出每一分屏幕资源?此时,就轮到隐藏式摄像头方案“弹力”登场了。

滑盖全面屏

滑盖全面屏是隐藏摄像头方案中实现难度居中,产业链相对成熟的设计之一,因为早在功能机时代滑盖手机就曾一度流行过。目前采用这种设计的手机代表包括引入磁动力滑轨结构的小米MIX3、选择蝶式五轨滑屏结构的荣耀Magic2、以及采用双螺旋动力六位制导滑轨结构的联想Z5 Pro,它们都是通过手指撮合的力将手机屏幕和机身两个部分弹开,从而露出隐藏在屏幕背后的前置摄像头模块。

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滑盖全面屏虽然可以成就“真•全面屏”的视觉体验,但这种将手机“一分为二”的结构势必要以牺牲电池容量为代价,严重影响手机的续航能力。因此,继2018年底三款滑盖全面旗舰先后上市后,至今也没有其他新品跟进,而这种弹出摄像头的方案也很难再次成为“真•全面屏”领域的主流。

代表产品:荣耀Magic 2、小米MIX3、联想Z5 Pro

升降式摄像头

如果说滑盖全面屏需要对手机的整个机身结构进行“大手术”,那升降式摄像头方案则仅需对手机实施“微创手术”,将前置摄像头模块隐藏在机身内,需要使用时再通过微型步进马达、减速箱和传动丝杆的配合完成弹出拍照和降落回收的动作,无疑是更为讨巧的设计。

vivo可以算是智能手机领域升降式摄像头的引导者,早在2018年初就通过APEX概念手机展示了独特的摄像头升降结构,并于同年6月推出了量产版的NEX系列,让弹出式摄像头从科幻般的概念照进了现实。2019年,vivo全新推出的X27和X27 Pro沿用了升降式摄像头方案,并在NEX的基础上加入了半透明导光带设计和动感音效设计,让自拍更具仪式感。此外,X27 Pro还进一步增加了升降式摄像头模块的面积,新增的柔光灯可以让自拍无惧夜的黑。

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此外,Redmi K20系列,荣耀9X等新品引入升降式摄像头设计,而未来这种方案也最有机会一统真•全面屏的手机江湖。问题来了,如果将来这种设计真的普及了,那不同产品之间还能比什么?

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从产业链角度来看,如今升降式摄像头无论是成本还是良品率都不是问题,未来的发展趋势就是谁能将摄像头“弹”得更有科技感和辨识度。比如,OPPO Reno就没有采用常见的垂直升降的摄像头设计,而是引入了“鲨鱼鳍侧旋升降结构”,当APP或系统需要使用前置摄像头时,“鲨鱼鳍结构会自动升起与手机顶端呈现11度的旋出角度,这种设计可有效降低镜头模组的弹出耗时,还有足够的空间去容纳前置摄像头、前置柔光灯、听筒、后置闪光灯等元器件。

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此外,如今升降式摄像头方案都存在容易进灰、在遭遇跌落磕碰时的损坏几率较高等问题。因此,这就对该方案的内部结构设计提出了更高的要求。vivo X27在升降式摄像头内加入了弹簧缓冲结构,跌落的冲击力会被机械结构的弹簧吸收,防止升降电机被冲击力损坏。同时,该产品还巧妙地将步进电机、前置摄像头和后置三颗摄像头利用叠层重合的方式呈现在了一个垂直方向上,可以最大限度节省手机内部空间。OPPO Reno则在升降式摄像头模块内加入了智能跌落保护机制,当不小心滑落的时候,手机会检测到自身状态并自动收起侧旋升降结构,保护它不受损伤。

可见,都是升降式摄像头方案,依旧可以根据弹出风格、内部结构和保护措施设计分出高下,关于这一点我们需要心中有数。 

代表产品:vivo NEX、X27、S1、Redmi K20系列、荣耀9X系列等

中框升降结构

vivo X27 Pro和OPPO Reno弹出的模块虽然体积较大,但这并不影响它们的机身结构。在追求“真•全面屏”的过程中,不乏一些设计更为激进的存在,比如升降的不单是摄像头,而是整个中框。

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去年上市的OPPO Find X就是这种设计的代表之一,它采用了复杂的双轨潜望式结构,将IR补光灯、IR摄像头、接近距离传感器、听筒、点阵投影器、前置摄像头和后置双摄等部件一股脑地隐藏在了可伸缩的中框当中,由双轨潜望结构中的马达通过螺纹轴实现升降。这种设计的好处是空间足够大,可以容纳结构光人脸识别模块和更大尺寸的传感器,从而确保了自拍时拥有更好的底蕴。

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三星Galaxy A80也采用了和OPPO Find X类似的中框升降结构,只是它在此基础上还引入了类似OPPO早期推出过的N1/N3的旋转摄像头设计——当Galaxy A80的中框弹出后,嵌入中间的摄像头模块还能再次进行旋转,三摄矩阵(4800万像素主摄+800万像素广角镜头+ToF传感器)既是后置摄像头,翻过来就能扮演前置摄像头的角色。

虽然这种中框升降结构看起来更酷,但它也会带来更复杂的物理结构以及显著增加重量,影响电池容量等缺点,所以很难成为更加主流的方案,适合喜欢猎奇的玩家尝鲜。

代表产品:OPPO Find X,三星Galaxy A80

屏下摄像头方案

屏下摄像头方案可以视为“挖孔屏”的升级版,它需要搭配自发光的AMOLED屏幕,由于该面板没有LCD屏幕的背光板,所以只要面板厚度足够薄,且透光率达到一定标准后,就能让隐藏在其下的前置摄像头自拍成像。

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从小米和OPPO展示的屏下摄像头方案来看,它们都采用了类似两种屏幕拼接的方式,即修改了前置摄像头区域对应OLED屏幕位置的最下层的阳极材料,由不透光变成了透光。当相机启动瞬间,光线可充分进入相机传感器,在息熄屏状态下前置镜头开孔可完全消失。

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但是,这种方案现在还处于研发优化阶段,屏幕对应前置摄像头的区域显示精度和色彩变差,自拍照片也存在模糊发暗的问题,需要后期成像算法优化才能拍照稍微好看点的照片。按照OPPO副总裁沈义人的话讲,哪有新技术的实现是一下就发展到完美的?屏下摄像头技术需要协调各种硬件,同时还需要用算法来优化体验,应该说如果哪一环技术不成熟,没有衔接好,那么屏下摄像头实现就不完美。

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代表产品:小米和OPPO都展示了原型机

小结

在追求“真•全面屏”的道路上,弹出式摄像头的设计已经为彻底干掉(隐藏)前置摄像头做好了技术上的铺垫,虽然它存在增加厚度、容易进灰等缺陷,但却是未来中高端手机体现差异化竞争的设计趋势,而“挖孔屏”也有望吃下剩余的市场蛋糕。当然,我们也希望会有更完美的解决方案出炉,比如折叠屏手机、屏下摄像头手机,它们能早日成熟量产且进驻普及价位。