За неделю до презентации iPhone 13 Джон Проссер думал, что слил дизайн iPhone 14 Pro Max. Якобы у того исчезнет вырез, корпус будет переосмыслением iPhone 4, а блок камер будет вровень с задним стеклом.

На самом деле нас ждёт внешний вид iPhone 12 и 13 за исключением того, что выступ станет ещё крупнее и выше, занимая больше половины ширины модели Max.

Ниже расскажу про массу причин, по которым Apple вынуждена крепить разрастающиеся модули на свои самые «статусные» модели, и пойдёт ли дизайн когда-нибудь в обратную сторону.

Камеры, экран и время работы как топ приоритетов

Первое, на что делает упор Apple на своём сайте это уровень съёмки смартфона. В этом деле инженеры компании добились выдающихся результатов, но и в Samsung, Xiaomi, Google и One Plus не отстают.

Отсюда появляются вторые, третьи, четвёртые камеры, умные алгоритмы, отдельные фотографические сопроцессоры, специальные режимы съёмки и фильтры.

Хорошие прочтения наших сравнений камер между разными смартфонами доказывают эту закономерность. Людям нужно чётче, шире, ярче, контрастнее.

И Apple не обманывает, когда действительно улучшает эти параметры каждый год.

Но вот ценой этого становится разрастающийся блок оптики по всем возможным параметрам.

Объективы длинные, потому что подчиняют себе свет

Современные камеры зависят от двух составляющих: матрицы и объектива. Матрица превращает свет в изображение, а объектив этот свет до неё доставляет. Сенсор не может обойти без помощи, поскольку свет будет рассеянным, и ничто не сфокусирует его на нужную площадь. Получится белое или при достаточно короткой выдержке размытое фото.

Чтобы фотоны долетели до камеры правильно, их нужно направить под правильным углом. И тут начинаются сложности из-за особенностей искажения света.

Поскольку свет, проходя через линзу, в одном месте идёт стройным потоком, а в другом «разбегается» в разные стороны, его необходимо собирать обратно. Более того, иногда он начинает разлагаться на свои производные, разноцветные потоки из красного, зелёного, синего и их смесей.

Неправильная конструкция может вызвать:
• Расфокусировку по краям кадра
• Цветные окантовки вокруг силуэтов
• Искажение пропорций
• Засвет в центре и затенение по краям (виньетирование)
• Низкая чёткость любой текстуры.

Высококлассные объективы избегают этих проблем, потому что для них формируют широкий набор линз разной выпуклости и дорогие сплавы прозрачных стёкол.

Не совсем правильная схема. Лучи справа должны были на противоположной стороне поменяться местами: нижний оказывается вверху и наоборот

Логика такая. Свет попадает на первую выпукловогнутую линзу (1) с большой кривизной и резко устремляется к центру, вторая менее выпукловогнутая линза (2) собирается этот свет и с чуть меньшей кривизной направляет двояковыгнутое стекло (3), которое рассеивает этот свет в разные стороны, чтобы скорректировать расходящиеся на разные углы волны красного, синего, зелёного и других цветов.

Плоско-выпуклая линза (4) с одной стороны поглощает весь этот пучок, отдаёт его уменьшенной плоско-выгнутой линзе (5) для дополнительной коррекции, а та прямым потоком подаёт в область диафрагмы.

Теперь свет переходит в «отсек» с зафиксированными линзами, которые доводят лучи до матрицы уже по заготовленному алгоритмы. Ввернутая в обратную сторону плоско-выпуклая линза (6) распространяет свет в разные стороны, плоско-вогнутая (7) корректирует аберрации и направляет свет в выпуклую линзу (8), которая передаёт изображение в тех пропорциях, которые подходят под размер матрицы.

И вот таких комбинаций для разных целей очень много в зависимости от прозводителя, размера, материалов и конечного результата. Подробнее о принципе и различиях можно почитать тут.

Изображение на краях линзы искажается, нужно компенсировать. Это называется хроматической аберрацией

Примеры хроматической аберрации. Лого ТикТока – оно самое

С цветовыми абберациями сложностей больше всего, поскольку свет в зависимости от волны имеет разный цвет. Проходя через матрицу он, он расщепляемся (вспоминаем призму и дисперсию света.

Система оптики из нескольких элементов нужна как раз для того, чтобы сконцентрировать пролетавшие в одном месте волны света одним единым пучком.

Как видите, избежать длинных больших «бабин» перед матрицами невозможно. Но почему тогда на смартфонах они, во-первых меньше, а во-вторых, раньше вообще были вровень с корпусом?

Линзы смартфонов делают из пластика. Они меньше и дешевле

Ни один производитель камер для телефонов не использует линзы из стекла, даже Apple. Телефоны могут уронить, для стабилизации камер используют магниты, места мало. Поэтому вопрос хрупкости, веса и размера решают пластиком.

Например, хороший сменный широкоугольный объектив стоит около $500, а весь модуль вместе с матрицей, стабилизацией и оптикой обходится Apple не больше, чем в $5.

Как видите в схеме ниже, элементы расположены максимально близко друг другу и выглядят иначе. Самый близкий имеет форму застывший глади воды, в которую только что попала капля.

Плотность высокая, лишнего пространства для оптического приближения нет, но меньший размер матриц убирает многие проблемы.

Свет на небольшой площади не успевает исказиться так же, как с DSLR-камерами, поэтому нужно меньше элементов, их проще регулировать.

Из-за небольшого пространства достаточно и прозрачных свойств пластиковых линз. Точной калибровки изгиба хватает, чтобы отрегулировать уменьшавшееся количество аберраций.

Вот тут можно подробнее узнать о том сплаве пластика, который используют для линз в смартфонах.

Но раз в телефонах матрицы маленькие, почему объективы всё равно становятся больше? Потому что матрицы растут.

Apple (и вообще все) постепенно увеличивает размер матриц

В смартфоне есть три камеры, и две из них участвуют в текущий маркетинговой гонке.

Телефото должна снимать всё дальше, потому что людям нравится видеть чётко снятые предметы вдалеке.

Основная камера должна показывать максимум деталей. Начиная с iPhone 6S вплоть до iPhone 13 Pro (Max) количество пикселей оставалось неизменным (12 МП), но их размер рос. Это так же позволяло выдавать более яркие фото и расширять динамический диапазон.

Но, чем больше матрица, тем крупнее для неё должен быть объектив, если производитель хочет сохранить угол охвата фото. В последние году у Apple он равен 26, хотя первый iPhone фотографировал с охватом в 35 градусов, то есть в кадр попадало намного меньше с той же точки съёмки. А это значит, что постепенно компания наращивала и эту характеристику.

Более того, показатель светосилы тоже менялся, за десять лет он увеличился с f/2.8 в iPhone 4 до f/1.5 в iPhone 13 Pro (Max). Для увеличения этого показателя нужно расширять объектив.

Начиная с прошлого года Apple заменила стабилизацию изображения с оптической на сенсорную, а это требует расположения больших магнитов на площадь в 4 раза больше самой матрицы.

Эти четыре фактора сказываются на общем объёме основного модуля. Ради улучшения характеристик Apple не выдержала борьбы с законами оптики, поэтому сделала шире и длиннее блок.

Но именно из-за телефото блок камер так сильно торчит.

Модуль с оптическим приближением длиннее всех

Если сравнить размеры камер на iPhone 12 и iPhone 12 Pro, то будет заметна разница в их толщине, а ведь это одно поколение. Добавьте туда 12 Pro Max, и удивитесь ещё сильнее.

Чтобы камера снимала далёкие объекты, линзам нужно собирать данные небольшого участка и выжимать из него всю детализацию. Для этого используются стёкла с меньшей кривизной, что закономерно увеличивает расстояние между ними.

Камеры одним блоком на разборе видно как выпирает

В первом поколении своего смартфона с дополнительной камерой Apple пошла на жертвы и сделала матрицу телефото модуля меньше, чем на основном. Таким образом линзы, хоть и выпирали обе, прятались за одинаково ровным стеклом.

Эта жертва тянется до сих пор, только масштаб стал страшнее.

Если вы думаете, что Apple остаётся законодательницей трендов в области камеры, то остаётесь правы только частично.

Компания пошла на поводу у хайпа по увеличению, и, вместо того чтобы сделать матрицу по площади больше, а светосилу лучше, она вместо двойного сделала тройное приближение. Да, камера теперь «берёт» дальше, но ночью и даже в условиях вечернего домашнего света она отключается или выдаёт блёклый, шумный результат.

Если бы площадь матрицы телефото равнялась основной, конкретно зум-модуль выпирал не на 9 мм, как сейчас, а на все 25 мм.

Текущие характеристики камеры упираются в то, насколько длинной её могут делать. Учитывая, что в iPhone 14 Pro основной модуль станет больше и длиннее из-за нового 48 МП сенсора, мы уверенно можем ждать либо увеличенного зума до 4х (пожалуйста, не надо), либо улучшения светосилы хотя бы до f/2.4.

Чтобы добиться большего оптического приближения, нужно сильнее преломить свет, то есть заставить его пройти более длинный путь искажений линзами. Можно сказать, объектив превращается в лупу для фото-матрицы. Этот параметр называется фокусным расстоянием.

Если матрица меньше, то и объектив будет короче при том же оптическом увеличении. Поэтому сенсор основного модуля в абсолютно любом iPhone больше, чем в телефото.

Сверхширокоугольный объектив по той же причине диктует радиус всех камер. И по той же причине имеет маленький сенсор.

А как же все те громкие алгоритмы обработки?

Apple каждую презентацию рассказывает о том, как она расширяет динамический диапазон с помощью Smart HDR, каким образом работает улучшение текстуры Deep Fusion и какая часть процесса за это отвечает.

Скажем так, если бы не эти «читы», на спинке айфона уже висело бы три гигантских тубуса.

Сверхширокоугольная камера в темноте. Слева iPhone 11, справа iPhone 13 mini. Сравнение из обзора последнего

Матрица телефото камеры своим размером не менялась со времён iPhone X из 2018 года. А вот его светосила сначала чуть улучшилась, а потом c приходом трёкратного увеличения в iPhone 13 Pro вернулась к значениям iPhone 7 Plus? то есть к отметке f/2.8.

При этом конечный результат камеры получается на уровне основного модуля при дневном свете. Только благодаря взрослеющим алгоритмам и многослойному склеиванию кадров мы получаем такие хорошие снимки без здоровенных объективов.

То же относится к остальным камерам, особенно сверхширокоугольной. Если мы берём базовые модели, то iPhone 13 будет снимать заметно более качественные фото на ультраугол, чем iPhone 11 без значительных изменений в их строении.

Будущее за металинзами, но позже

На слайдах выше вы видите пример работы специального слоя из пластика, пронизанного кремниевыми нано-антеннами. Да, такие существуют.

Принцип заключается в том, чтобы не с помощью длинной системы оптики, а через один перенаправляющий барьер «выпрямить» лучи и пустить сразу в матрицу. Таким образом частицы синего, красного, зелёного цвета и их производных выравниваются и попадают на светочувствительный элемент одновременно. Проблема хроматических аберраций почти уходит.

Этот материал наряду с другими метаповерхностями изучают по всему миру китайские, американские и европейские учёные. Так что его время не за горами, но ещё не пришло.

Перископный телеобъектив с двойной призмой – единственный патент из этой области, который Apple успела ухватить после всех конкурентов. И более вероятный в применении

Apple производит iPhone в гигантских масштабах, объём выручки от него за последние 4 месяца равен $50,57 млрд. Логичнее всего применить металинзу в объективе телефото, чтобы укоротить его и улучшить характеристики остальных камер. Но, даже если один модуль подорожает на $20, это приведёт к гигантской потере выгоды на каждую партию.

Поэтому говорить о перспективах применения таких камер рано. Металинзы находятся в лабораториях, должны пройти тесты на прочность, прозрачность, надёжность и под них нужно создать конвейерное производство.

Учитывая, что год назад Apple, наконец, получила свою версию патента на перископные объективы, именно их мы увидим гораздо раньше.

📸 Все фотографии в статье:

• До ←

  15 товаров недели с AliExpress. Робот-собака от Xiaomi

• После →

  Как устроена программа самостоятельного ремонта iPhone. Стоит ли ждать сервис в России