使用形状记忆合金实现连续可变光圈的优势

在智能手机拍摄的快速发展过程中，连续可变光圈（CVA）技术的到来引起了关于其优点的重要讨论。在这里，我们比较了使用形状记忆合金（SMA）技术的可变光圈与使用音圈马达（VCM）技术相比的一些优势。 

在华为发布MATE 50 PRO之前，智能手机中的可变光圈最多只可以在两种光圈大小之间进行调整：要么是用于低光条件下的大光圈，要么是用于更大景深（DoF）与明亮光线条件下的中等光圈。例如：三星以前使用的是F2.4和F1.5的两档可变光圈。这为普通拍摄提供了最好的光圈（F2.4），为低光条件下的图像提供了更大的光圈（F1.5）。低光和大景深拍摄的结合同时得到光学防抖（OIS）的支持，进而实现更长时间的曝光和传感器灵敏度设置（ISO）。

随着图像传感器和镜头尺寸的变大，对3个或更多光圈的需求用以实现最佳景深控制和摄影创意变得更加重要。与1英寸图像传感器相匹配的镜头将受益于可提供至少4个不同光圈大小的连续可变光圈（CVA）。 

下图显示了在大图像传感器上使用可变光圈的影响。Mate 50 Pro与没有连续可变光圈的旗舰手机相比，光圈是固定的，导致景深较浅，焦平面外变得虚化。 

^{Image source: DxOMark}

在撰写本文时，华为MATE 50 PRO、P60系列、Nova 11 Ultra和MATE 60 PRO是市场上少数带有连续可变光圈的手机。Mate 50 Pro和P60 Pro在发布时获得了DXOMARK极高的相机评分。当相机应用程序处于Pro模式时，这些手机提供10种光圈大小，用户可以根据场景自动切换或选择光圈大小。

在标准照片模式下，相机应用程序为昏暗场景选择F1.4的光圈，以使更多的光线到达图像传感器。F2.0被用于大多数场景，它可以很好地平衡光线捕捉和景深，从而拍摄出令人愉悦的图像。F4.0的光圈被自动选择用于具有良好光照条件的场景，同时该场景具有景深要求，例如集体拍摄或被拍摄对象在远近场的场景。

SMA马达相较于音圈马达（VCM）的优势 

VCM可变光圈马达所遇到的痛点，可以使用SMA技术克服。 

• VCM VA相机系统外部的磁铁过于靠近，引起了一些智能手机制造商对其性能的担忧。SMA CVA没有磁铁，不受电磁干扰，因此更容易将相机系统定位在手机内，而不会影响系统性能。 
• VCM和SMA CVA马达都是通过摩擦力来保持光圈位置，而无需消耗功率。然而，因VCM技术推力较小导致其在设计时的摩擦力不足更导致智能手机在晃动时影响光圈，这个问题只有在启动相机应用程序时才会重置。而拥有更大推力的SMA CVA马达则可以在比VCM设计更大摩擦力的情况下顺畅运动，同时避免手机在晃动期间对光圈的影响。 
• VCM VA相较于SMA CVA尺寸更大，可能会影响外部摄像头凸起的尺寸要求。 
• VCM VA很重，极大程度影响了AF和OIS性能。SMA CVA比VCM VA轻4到8倍。 

尺寸大小

将VA添加到镜头中会增加其直径和高度，这迫使手机设计师在工业设计上作出妥协。下图显示了一个1英寸镜头，分别带有VCM CVA和SMA CVA。较小的SMA设计为手机设计者提供了更大的集成灵活性。

剑桥机电（CML）分析了VCM VA和SMA CVA对镜头直径和手机凸起尺寸的影响。在1英寸镜头尺寸的情况下，根据手机的具体情况，目前可用的VCM CVA设计将增加8.9mm。相比之下，CML的SMA CVA设计只会增加2.5mm。简而言之，SMA CVA将适应现有的凸起尺寸，而VCM VA将导致凸起尺寸增加。 

在图像传感器和镜头尺寸不断增加的推动下，手机凸起的高度和封装面积都有所增加。然而，手机厚度正成为一线品牌关注的问题，他们正积极寻求减少镜头凸起厚度和尺寸。这些可以通过使用SMA VCA来实现。 

结论

随着图像传感器和镜头尺寸的增加，手机制造商们正在透过使用可变光圈技术确保不会因单光圈设计固有的景深限制而导致拍摄品质下降。调节光圈的能力允许在低光条件下捕捉更多光线，同时在标准照明条件下可以自动增加或手动控制景深。 

由于摄像头高度增加的限制，增加图像传感器尺寸和相机尺寸的趋势预计会放缓。这将对其他提高相机性能的方式带来越来越多的压力。可变光圈作为一种能够提供差异化和性能增强的技术，是一个强有力的竞争者。 

SMA带来的好处是马达体积小、重量轻，能够在没有任何电磁干扰的情况下产生大推力；大推力能够实现大批量生产，以及与抖动噪声和功耗相关的好处。

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关于剑桥机电（CML）：剑桥机电有限公司（CML）是一家世界领先的研发公司，利用其形状记忆合金（SMA）平台整合技术，提供从机械、光学、电气、半导体到软件设计方面的系统级解决方案。采用SMA线（大小细如发丝）的马达解决方案，可以控制到光波长的精度。这些马达特别适用于生产快速和结构紧凑的轻便设计，并同时提供需要高精度和高强度的应用。 

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