相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦原理

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1、照相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦原理趙辛??3070011205?光電技術(shù)的進(jìn)步正不斷的改變著人類(lèi)的生活：達(dá)到飛向太空的宇宙飛船，小到計(jì)算器上的太陽(yáng)能電池。2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)也都頒發(fā)給了光電領(lǐng)域的科學(xué)家，兩位美國(guó)科學(xué)家因?yàn)椤鞍l(fā)明了一種成像半導(dǎo)體電路，即CCD（電荷耦合器件）傳感器”獲此殊榮。說(shuō)到CCD，大家首先聯(lián)想到的就是數(shù)碼相機(jī)。正是因?yàn)镃CD可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，我們才可以?huà)仐墏鹘y(tǒng)相機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為化學(xué)信號(hào)的模式，走入一個(gè)快捷搞笑的讀圖時(shí)代。但是，如果我們對(duì)比現(xiàn)在和幾十年前的照相機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)，除了成

2、像方式的變化，對(duì)焦方式也發(fā)生了很大的變化?，F(xiàn)在的相機(jī)可以自動(dòng)對(duì)焦，甚至可以自動(dòng)進(jìn)行人臉識(shí)別。其實(shí)，這也與CCD的發(fā)明密不可分。以下就來(lái)介紹一下照相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦的原理。?照相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的可以追溯到60年代。1963年，佳能公司曾在西德的科隆博覽會(huì)上展出一架具有自動(dòng)對(duì)能力的照相機(jī)原型，這個(gè)時(shí)期的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)仍相當(dāng)原始，1974年，尼康公司也推出了一款具備自動(dòng)對(duì)焦能力的原型機(jī)；但其設(shè)計(jì)仍十分仰賴(lài)機(jī)械結(jié)構(gòu)，體積大、反應(yīng)慢是最大的缺點(diǎn)。一直到1975年，美國(guó)Honeywell公司才發(fā)表了具有實(shí)用價(jià)值的自

3、動(dòng)對(duì)焦組件VISITRONICAUTOMATICFOCUSINGSYSTEM，又稱(chēng)為VAF系統(tǒng)。很可惜，美國(guó)的創(chuàng)舉到最后卻反而為日本的相機(jī)工業(yè)帶來(lái)革命，1977年日本小西六寫(xiě)真工業(yè)公司，也就是后來(lái)柯尼卡公司的前身，向美國(guó)購(gòu)買(mǎi)了這套系統(tǒng)改良專(zhuān)利權(quán)，而于同年11月制作出了世界上第一架自動(dòng)對(duì)焦照相機(jī)柯尼卡?C35AF，成為世界上第一款有自動(dòng)對(duì)焦能力的相機(jī)。??圖1?相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦原理示意圖?圖2?自動(dòng)對(duì)焦組件結(jié)構(gòu)示意圖?第一代自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)的對(duì)焦模式直接來(lái)源與手動(dòng)對(duì)焦原理，屬于被動(dòng)的自動(dòng)對(duì)焦。當(dāng)調(diào)焦準(zhǔn)

4、確時(shí)，經(jīng)過(guò)分離鏡片生成的兩束光線(xiàn)投影在CCD陣列上的距離是一定的，從而CCD(記住這是一個(gè)陣列)上被光束照射所產(chǎn)生的電荷的那一對(duì)CCD元件的位置也是固定不變的。這對(duì)CCD元件之間的距離在照相機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)整定好了，作為焦點(diǎn)檢測(cè)的基準(zhǔn)。這個(gè)技術(shù)的基本原理是以分析來(lái)自景物主體的反光為參考指標(biāo)。KONICAC35AF?的?VAF?自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)是在兩個(gè)測(cè)距窗后置有一個(gè)的三菱鏡，三菱鏡負(fù)責(zé)折射光線(xiàn)到兩個(gè)反光鏡上，這兩個(gè)反光鏡又會(huì)將影像光線(xiàn)分別投影兩個(gè)位于機(jī)底的影像傳感器中。影像傳感器是由感光半導(dǎo)體原件和集成

5、電路所組成的小型單片機(jī)。傳感器通過(guò)分析影像的明暗反差來(lái)分辨影像的內(nèi)容。在相機(jī)進(jìn)行對(duì)焦的過(guò)程中，其中一組反射鏡片固定不動(dòng)，其影像自然固定不變成為對(duì)照組。另一反光鏡片則前后移動(dòng)，這個(gè)鏡片的移動(dòng)量透過(guò)小型計(jì)算機(jī)的計(jì)算，直接反應(yīng)在鏡頭的鏡片移動(dòng)上。一旦兩側(cè)的影像傳感器都得到相同影像內(nèi)容時(shí)，自動(dòng)對(duì)焦完成，也代表鏡頭鏡片的移動(dòng)量已經(jīng)達(dá)到正確的對(duì)焦位置。不難看出，這其實(shí)就是完全的模擬了裂像對(duì)焦的過(guò)程。所以不免存在分辨能力低、速度慢等弱點(diǎn)。針對(duì)最初自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)者進(jìn)行了逐步的改進(jìn)。一方面加強(qiáng)對(duì)焦的精度

6、和速度，發(fā)展出適宜相機(jī)鏡頭使用的超聲波馬達(dá)；另一方面趕緊傳感器在弱光環(huán)境的性能，誕生了主動(dòng)的對(duì)焦系統(tǒng)：由相機(jī)主動(dòng)發(fā)出一束可見(jiàn)光或者紅外波段的光線(xiàn)，輔助對(duì)焦工作的進(jìn)行。另外，自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的對(duì)焦目標(biāo)位置也由最初的單一中心點(diǎn)擴(kuò)大到了多點(diǎn)對(duì)焦。例如，尼康公司最新的multicam3500對(duì)焦模塊就擁有51個(gè)對(duì)焦點(diǎn)，方便使用者選擇最合理的對(duì)焦位置。相信隨著光電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們的照相機(jī)會(huì)變得更加智能、準(zhǔn)確，更好的為人類(lèi)服務(wù)。