AF(オートフォーカス)の原理は ?

質問

最近のカメラは、ファインダーで被写体を覗けば、瞬時に焦点が合います。
もともと、人の眼が2つあるのは、2つの眼で距離を測っているからだと思います。
(脳の中で三角形を計算しいてる ?)
何故、一眼なのに距離を割り出し焦点が合うのでしようか。

回答No.6

MrCandy · ベストアンサー

ANo.5で回答したものです、
２種類のオートフォーカス方式についてもう少し。質問者の方が理系の方と仮定して。

１）コントラスト検出方式
この方式は基準がなくてもピントの合った位置が判定できます。
ピンボケとピントの合った状態の違いは。
ピンボケ：全体がぼやけていて細かい部分が判別できない
ピントが合っている：画面がくっきりしていて、細かいものまで写っている
と言うことだと思います。

これを画像素子上の状態で言うと。
ピンボケ：隣の画素との明るさ差が小さい
ピントが合っている：隣の画素との明るさの差が大きい
となります。

この原則が分かれば、後は割りと簡単です。「画像素子上のピントを合わせる領域を決めて、隣同士の画素の信号レベルの差を取って、その絶対値の合計を求める。」と言うことをレンズを動かして２回やればピントの合う方向が分かります。後はレンズを動かしながら上記の値が最大になる点を求めれば、ピントを合わせる事が出来ます。

２）位相差検出方式
これは２個のＣＣＤセンサーの出力信号の相互関係の値を求めていきます。

具体的には、ＣＣＤセンサーの長さがピントを合わせる範囲より十分長いと仮定して。
２個のＣＣＤセンサーのピントの合わせる範囲の積和を取っていきます。

ピントを合わせる範囲が１００個の素子分だとしたら。
まず同じ位置の同じ素子同士の信号の積（掛け算値）を取って１００個の和（合計値）を取ります。
次に１素子分ずらしてまた１００個の積和を取ります。

こうすると積和の値が最大になった所がピントの合う所になるはずです。
後はレンズの焦点距離の情報などを加味して、ピント位置をそこまで移動すればよいはずです。移動した後にさらに同じ事を繰り返せばさらに精密にピントの合っている位置を見つける事が出来ます。

この方式の欠点は、縞模様の様な繰り返しパターンのある被写体だと、ピントの合う位置を間違えてしまうことだと思います。

だいたいこんな感じのことをやっていると思います。

回答No.7

tatsumi01

No. 3 のものです。お礼で
> だって、何らか基準となるものがなければ、判断はできない気がします。

補足説明しようと思ったら No. 6 の方が 1) で説明されていました。その通りです。

回答No.5

MrCandy

一眼レフカメラの場合、位相差検出方式と言うのを使っています。
原理はレンズの焦点面の位置にプリズムを２枚置いておいて、その傾きを逆にしておくと像がずれて見えると言うものです。
ニコンの一眼レフカメラのファインダーには昔から良く付いていました。ファンダーの真ん中に丸い円が付いていて、円の中央に線が入って見えます。ピントがずれていると、上の像と下の像の位置がずれて見えます。

今の一眼レフカメラのオートフォーカスはこれを改良したものです。
原理的には、カメラのレンズの右端を通った光と左端を通った光のずれをセパレターレンズと言うので検出して、その後でそのずれ量をＣＤＤセンサー（デジカメの撮像素子とほぼ同じもの）で電気信号に変えて、後はずれの量に応じて内臓のコンピュータでレンズのピント位置をコントロールしていると思います。
このためレンズが暗くなるとＡＦが動作しなくなります。精度を上げるため、Ｆ２．８まで動くもの、Ｆ５．６まで動くものと２種類の精度のＡＦセンサーを乗せているカメラもあるようです。

この発明は昔、大発明で、莫大な特許料を生み出しています。そのせいか一眼レフカメラの所にはあまり説明がないようですが、下記にありました、一番下の位相差検出方式原理図に図解があります。

参考URL：

http://www.pentax.co.jp/japan/products/system-survey/surveying/level/afl_pri.html

お礼

わかったような、わからないような、
そんな気がしますが、詳しく勉強してみます。
ありがとうございました。

回答No.4

kuma-gorou

オートフォーカスには、過っては超音波や赤外線を照射し、三角測量の原理で被写体までの距離を測量するアクティブ方式でしたが、AF銀塩カメラでかろうじて生き延びているのみです。
今は、銀塩及びデジタル一眼レフではAFセンサーを用いた位相差検知方式、コンパクトデジタルカメラは撮像センサーを用いたコントラスト検知方式が主流です。

例えば、一眼レフではハーフミラーとサブミラーで結像面と同じ距離の位置（ミラーボックスの底）に配したAFセンサーでピントのズレ量と前ピンか後ピンかを判断します。
そしてレンズに、例えば、後ピンだから前ピン方向にどれだけ動かせなどと指示を与えます。レンズの移動量は個々に違いますので内臓ROMの固有値に基づき指示された量だけレンズを動かし、ボディの指示を仰ぎます。
ボディー側で、再度AFの検証を行い、ズレている場合は再度レンズに指示を与えます。このようにして合焦するまで同じ作業を繰り返します。
なお、通信方式は一般的にシリアル通信方式です。シリアル通信とは単線の線路を列車か行ったり来たりする方式です。
一発で合焦する場合も有れば、迷いレンズのピンが行ったり来たりするのは、この為です。

お礼

要約しますと(方式は2つあるようですが)「2つのミラーがあって・・・内臓ROMの固有値に基づいて・・・合焦する」のようです。
でも、よく理解できません。
解ったことは、今までの私の考えが三角測量だったのですが、どうやら「位相(距離)」の応用のようです。
ありがとうございました、

回答No.3

tatsumi01

画像をコンピュータで分析すると、シャープであるかぼけているか判断できます。そこでレンズを前あるいは後ろに動かして、シャープになる方向ならそのまま進め、ぼけが多くなるなら逆方向に動かします。そして、シャープさが最大になってから下がる点がピントのあった点と判断します。

これは方式の一つですが、No. 1 の方のやり方もあるでしょう。

お礼

＞画像をコンピュータで分析すると、シャープであるかぼけているか判断できます。

私には理解できかねます。
だって、何らか基準となるものがなければ、判断はできない気がします。

回答No.2

ASIMOV

基本的にはコントラストの高いところに合わせているそうです
人間がファインダーで合わせる場合と同じですね

回答No.1

rtz

機械が正確に計測できるものとして時間があります。
そこで赤外線や超音波などを対象（普通ファインダーの中心に被写体を合わせるので、それに向かって）に照射し、戻ってくるまでの時間や戻ってくる角度を調べて、距離を出しています。
距離が分かれば焦点も合うと。

最近の物は位相差を見たりコントラストを判断したりできるようなので、それと複合的に組み合わせて使われているようです。
小型なのに最近はすごいですね。

お礼

＞機械が正確に計測できるものとして時間があります。

そう云われますと、私は、釣りにも行きますが、
魚探で「20m付近イワシ発見」などあります。
これも三角測量ではないのですね。
ありがとうございました。