Фото-монстр — советы по фотосъемке от профессионалов.
Основы фотографии # 5.20
Как автофокус определяет дистанцию съёмки?
С помощью датчика и управляющей программы.
Я продемонстрирую процесс на примере классической конструкции. В ней датчик автофокуса является отдельным устройством, встраиваемым, обычно, под основное зеркало, в нижнюю часть фотоаппарата1.
В 2014-2015 годах на рынке появились камеры, в которых отдельный датчик отсутствует, а его функцию берёт на себя светочувствительный сенсор, образующий фотографию. Его сенсели и микролинзы организованы определённым образом. Тем не менее, в обоих случаях принцип измерения сохраняется полностью.
Вначале введу несколько соглашений.
Соглашение первое
Представьте, что объектив – это не набор линз, а одна тонкая плоская линза (метка 1 на рисунке 1А). При этом, она сохраняет функцию объектива: создаёт изображения точек, расположенных на фокальной плоскости (метка 2). Изображения, которые формирует тонкая линза, образуют другую плоскость, назову её «изображением» фокальной плоскости (метка 3). Как и фокальная плоскость, так и «изображение» фокальной плоскости параллельны тонкой линзе и перпендикулярны её оптической оси (метка 4). Фокальная плоскость располагается слева от тонкой линзы (внутри снимаемой сцены), а «изображение» фокальной плоскости – справа от тонкой линзы (внутри фотоаппарата):
Рис. 1. Схемы, иллюстрирующие положения снимаемого объекта и его изображения. Рис. 1А – схема, описывающая предварительные соглашения. Обозначения на схеме: 1 – тонкая плоская линза, «заменяющая» объектив; 2 – фокальная плоскость; 3 – «изображение» фокальной плоскости; 4 – оптическая ось тонкой линзы (по сути, оптическая ось объектива); 5 – снимаемый объект (объект, наводимый на резкость); 6 – изображение снимаемого объекта. Рис. 1Б – изображение снимаемого объекта, наблюдаемое в видоискатель зеркального фотоаппарата.
Пусть перемещение тонкой линзы вдоль оптической оси будет вызывать перемещение «изображения» фокальной плоскости. То есть, если ранее я полагал, что движение определённых линз в объективе вызывает смещение фокальной плоскости, а «изображение» фокальной плоскости остаётся на месте и совпадает с плоскостью светочувствительного слоя, то в течение короткого промежутка времени, пока рассматриваю принцип, буду полагать следующее. Фокальная плоскость зафиксирована, а перемещается «изображение» фокальной плоскости относительно светочувствительного слоя (на рисунке 1 не показан). Получается, в зависимости от положения тонкой линзы (по сути, определённых линз в объективе) изображение снимаемого объекта (метка 5) находится «перед», или «на», или «за» светочувствительным слоем. При этом, в любом случае фокальная плоскость «пронизывает» снимаемый объект и «изображение» фокальной плоскости (метка 6) «пронизывает» изображение такого объекта.
Соглашение второе
В современных конструкциях автофокуса рассматриваемого типа датчик системы состоит из одного-двух десятков элементов. Описывая процесс измерения, большинство из них я опущу и оставлю лишь два элемента.
Пассивное измерение дистанции съёмки предполагает исследование двух оптических изображений снимаемого объекта. Такие изображения формируют световые лучи, поэтому я обозначу ход световых лучей, отражённых от объекта по направлению к тонкой линзе. В силу того что я не включу в иллюстрацию и описание процесса большинство элементов, составляющих датчик, проиллюстрирую ход лучей упрощённо. Реальные конструкции датчика содержат несколько зеркал, линзы, маски и фильтры, которые перенаправляют световые лучи, отсекают часть из них и изменяют их качество в угоду, одновременно, результата и компактности фотоаппарата.
Таким образом, различные конструкции реализуют один и тот же принцип, который я продемонстрирую, изобразив лишь два их элемента. По ходу демонстрации я сделаю замечание, касающееся остальных элементов датчика и функций, которые они выполняют.
Соглашение третье
Наконец, в качестве снимаемого объекта выберу одну точку (для рисунков 1, 2 и 4) и две точки, соединённые между собой короткой «перемычкой» (для рисунков 6, 7 и 9). Для наглядности я изобразил снимаемые объекты достаточно заметными: в виде сфер, шариков. В реальности диаметр «шариков» бесконечно мал, стремится к нулю.
Демонстрация принципа (снимаемый объект – одна точка в центре кадра)
Вначале прослежу ход световых лучей от одной точки, расположенной на оптической оси тонкой линзы:
Рис. 2. Схемы, упрощённо иллюстрирующие принцип действия фазового автофокуса2 (снимаемый объект – точка). Рис. 2А и 2Б – вид сверху и вид сбоку на снимаемую сцену, соответственно. Снимаемый объект наведён на резкость. Верхние части рисунков – полноразмерные схемы; нижние части рисунков – увеличенные фрагменты полноразмерных схем, отображающие происходящее вблизи ключевых элементов датчика автофокуса. Обозначения на рисунках: 1 – «красная» область тонкой линзы (выбрана произвольно; на рисунке ограничена короткими чёрными штрихами) и соответствующая ей «красная» точка обзора. Если смотреть в тонкую линзу со стороны снимаемого объекта, то эта область находится в левой части тонкой линзы; 2 – «синяя» область тонкой линзы (выбрана произвольно; на рисунке ограничена короткими чёрными штрихами) и соответствующая ей «синяя» точка обзора. Если смотреть в тонкую линзу со стороны снимаемого объекта, то эта область располагается в правой части тонкой линзы; 3 – «красный» светочувствительный детектор (сенсель, который фиксирует изображение снимаемого объекта, обозначен красным цветом); 4 – «синий» светочувствительный детектор (сенсель, который фиксирует изображение снимаемого объекта, обозначен синим цветом); 5 – пластинка, к которой прикреплены детекторы (печатная плата датчика автофокуса); 6 – расстояние между контрольными отметками3 на детекторах; 7 – клиновидная стеклянная призма, которая перенаправляет световые лучи, проходящие через «красную» область объектива, на поверхность «красного» детектора; 8 – клиновидная стеклянная призма, которая перенаправляет световые лучи, проходящие через «синюю» область объектива, на поверхность «синего» сенсора; область, заштрихованная красными линиями – пучок световых лучей, отражённых от снимаемого объекта и проходящих через «красную» область тонкой линзы; область, заштрихованная синими линиями – пучок световых лучей, отражённых от снимаемого объекта и проходящих через «синюю» область тонкой линзы; красные сплошные и штрих-пунктирные прямые – световые лучи, которые ограничивают пучок лучей, проходящих через «красную» область тонкой линзы; синие сплошные и штрих-пунктирные прямые – световые лучи, которые ограничивают пучок лучей, проходящих через «синюю» область тонкой линзы.
На рисунках 2 и 4 упрощённо изображена снимаемая сцена: объект, наводимый на резкость, объектив (в виде тонкой плоской линзы) и два элемента датчика, с помощью которого автофокус «смотрит» на снимаемый с двух независимых точек обзора (пара призм и пара светочувствительных детекторов, закреплённых на пластинке).
Рисунок 2, состоящий из двух частей 2А и 2Б, отражает ситуацию, в которой снимаемый объект – одна точка – наведён на резкость. Задача автофокуса – создать такую ситуацию. Опишу отличительную особенность последней, проследив за ходом световых лучей.
Источник света (на схемах не изображён) освещает снимаемый объект. Световые лучи отражаются от объекта, часть из них направляется в сторону тонкой линзы. Лучи проходят через все фрагменты тонкой линзы: через центр, через «красную» и «синюю» области, обозначенные метками 1 и 2 на рисунке 2А, соответственно. Все световые лучи, проходя через тонкую линзу, формируют на поверхности пластинки (метка 5) изображение снимаемого объекта.
По проекту инженеров печатная плата датчика удалена от тонкой линзы на то же самое расстояние, на которое светочувствительный сенсор, образующий фотографию, удалён от тонкой линзы.4 Поэтому ситуация, в которой изображение снимаемого объекта находится на поверхности платы, символизирует управляющей программе автофокуса о том, что объект наведён на резкость (изображение последнего будет находиться на поверхности светочувствительного сенсора после открытия затвора).
Те световые лучи, которые проходят через «красную» область тонкой линзы (метка 1), перенаправляются призмой (метка 7) на «красный» детектор (метка 3). На схеме такие лучи образуют область, заштрихованную красным цветом.
Аналогично, световые лучи, проходящие через «синюю» область тонкой линзы (метка 2), оказываются на «синем» детекторе (метка 4). За перенаправление этого пучка лучей отвечает другая призма (метка 8). Все световые лучи, «обслуживаемые» данной призмой и «синим» детектором, образуют область, заштрихованную синим цветом.
На рисунках 2А и 2Б области, заштрихованные красным и синим цветами, выглядят плоскими. На деле же, в трёхмерном пространстве, они представляют из себя конусы, «воронки».
По сути, каждый детектор5 – это «глаз». Благодаря призме6 «красный» детектор смотрит на снимаемый объект с «красной» точки обзора, словно физически вмонтирован в «красную» область тонкой линзы. Фактически, детектор располагается на крошечной плате вдалеке от тонкой линзы. Аналогично, «синий» детектор смотрит с «синей» точки обзора. В итоге, рассматриваемая конструкция, опираясь на законы оптики, обеспечивает две различные точки наблюдения за одним и тем же снимаемым объектом и, тем самым, выполняет условие, которое необходимо, согласно идеи триангуляции, для определения расстояния до наблюдаемого объекта.
Обратите внимание, если бы обе призмы отсутствовали, то световые лучи, проходящие через «красную» и «синюю» области тонкой линзы, образовали бы в центре печатной платы изображение снимаемого объекта. На рисунках 2А и 2Б «беспризмовый» ход световых лучей я обозначил тонкими красными и синими прямыми, сходящимися в точке, а изображение снимаемого объекта – кружком серого цвета, расположенным на пересечении «изображения» фокальной плоскости и оптической оси тонкой линзы.
Световые лучи, проходящие через «красную» область объектива, формируют на «красном» датчике изображение. Другими словами, пучок световых лучей распределяется по детектору. Например, 30 лучей из пучка попадает на первый сенсель детектора, 17 лучей – на второй сенсель и так далее.
То же самое происходит с «синим» детектором с тем лишь отличием, что распределяется другой пучок. Так как текущий пучок световых лучей проходит через «синюю» область тонкой линзы, его распределение по «синему» детектору может быть другим. Например, на первый сенсель попадает, всё так же, 30 лучей, а на второй – уже 25 лучей, и так далее.
Итак, световые лучи «дошли» до пункта назначения – пары детекторов. Что происходит дальше?
Пусть размер каждого сенселя обоих детекторов таков, что изображение точки целиком занимает один сенсель. Тогда, если каждый детектор состоит из 7 сенселей в длину, то распределениям пучков световых лучей соответствуют следующие графики:
Рис. 3. Распределения пучков световых лучей по обоим детекторам в случае, когда снимаемый объект наведён на резкость. Пример. Обозначения на рисунке: цифры «1»-«7» – номера сенселей; синий цвет – номер сенселя, фиксирующего изображение точки (снимаемого объекта) через «синюю» область тонкой линзы; красный цвет – номер сенселя, фиксирующего изображение той же точки через «красную» область тонкой линзы; пунктирные вертикальные линии по центру графиков – контрольные отметки. Каждому сенселю соответствует столбик определённой высоты. Чем выше столбик, тем больше световых лучей попало на сенсель.
Объект, наводимый на резкость, отражает больше световых лучей, чем окружающие его предметы – четвёртые сенсели на обоих детекторах фиксируют большее количество световых лучей, чем остальные сенсели. На деле снимаемый объект может отражать меньшее, количество световых лучей, чем окружающие его предметы. Тогда центральный столбик на обоих графиках будет ниже остальных столбиков. Однако, для целей автоматической фокусировки оба случая эквиваленты. Для управляющей программы автофокуса первостепенно наличие разницы в высоте столбиков, а как именно будут выглядеть графики – второстепенно. Так, высоты третьих и четвёртых столбиков, четвёртых и пятых столбиков на обоих графиках существенно различаются. Поэтому автофокус «видит» снимаемый объект и, как следствие, может вычислить ошибку фокусировки.
Получив графики, соответствующие распределениям пучков световых лучей по каждому детектору, управляющая программа сличает данные. У программы две задачи: 1) выяснить, смещены ли графики относительно контрольных отметок, 2) уточнить величину смещения, если графики смещены.
В рассматриваемом случае графики совпадают, то есть величина смещения – ошибка автофокуса – равна нулю. Для управляющей программы это означает, что снимаемый объект наведён на резкость при текущем положении тонкой линзы. В итоге, система сигнализирует фотографу о том, что автоматическая фокусировка успешно выполнена.
Обратите внимание, автофокус не оперирует точным значением расстояния до снимаемого объекта. Он удостоверяется в том, что линзы внутри объектива, отвечающие за положение фокуса в пространстве, находятся в такой позиции, что снимаемый объект наведён на резкость. Хотя, управляющая программа автофокуса может вычислить дистанцию съёмки, соответствующую текущему положению линз, на основе информации, которой программа обменивается с микропроцессором, встроенным в объектив. Дистанции съёмки используется, в частности, в расчёте мощности встроенной или накамерной вспышки, функционирующей в автоматическом режиме.
Я рассмотрел ход световых лучей в случае, когда снимаемый объект – одна точка, расположенная по центру кадра – наведён на резкость. Как изменится ход световых лучей и графики распределений их пучков по детекторам, если тонкая линза удалится от снимаемого объекта или, то же самое с точки зрения оптики, если снимаемый объект отодвинется вглубь сцены? Посмотрим:
Рис. 4. Схемы, упрощённо иллюстрирующие принцип действия фазового автофокуса (снимаемый объект – точка). Рис. 4А и 4Б – вид сверху и вид сбоку на снимаемую сцену, соответственно. Снимаемый объект «вне резкости»: его изображение находится перед детекторами. Обозначения на рисунках: 1 – расстояние между контрольными отметками на детекторах; 2 – расстояние между текущими изображениями точки, фиксируемыми каждым детектором; чёрные стрелки – направление перемещения тонкой линзы относительно её исходного положения.
Призмы по-прежнему перенаправляют на детекторы световые лучи. Теперь пучки последних распределяются иначе: изображения точки формируются на 5-ом сенселе «красного» детектора и 3-ем сенселе «синего» детектора. В итоге расстояние между изображениями точки, фиксируемыми каждым детектором, (метка 2 на рисунке 4А) больше, чем расстояние между контрольными отметками (метка 1).
Графики, демонстрирующие распределение пучков световых лучей по детекторам, выглядят следующим образом:
Рис. 5. Распределения пучков световых лучей по обоим детекторам в случае, когда снимаемый объект не сфокусирован («изображение» фокальной плоскости находится перед детекторами). Пример.
Сравнив полученные графики, управляющая программа автофокуса убеждается, что они отличаются. Эта ситуация называется разницей фаз снимаемого объекта или различием изображений снимаемого объекта, наблюдаемого с близких друг к другу точек обзора. От названия ситуации получил название принцип автоматической фокусировки и сам тип системы: «автофокус, регистрирующий фазы» (на англ. phase-detection auto-focus).
Рассматриваемая ситуация сигнализирует управляющей программе о том, что снимаемый объект находится вне резкости. Анализируя графики, программа устанавливает два факта. Во-первых, она определяет направление, в котором нужно переместить тонкую линзу, чтобы сфокусироваться на снимаемом объекте: «Раз изображения «отодвигаются» друг от друга, то сам объект чрезмерно удалён от тонкой линзы. Тонкую линзу нужно сместить дальше относительно её исходного положения». Во-вторых, управляющая программа вычисляет расстояние, на которое нужно передвинуть тонкую линзу, чтобы навести снимаемый объект на резкость. Графики показывают, что изображения на детекторах смещены на один сенсель относительно контрольных отметок. Другими словами, ошибка фокусировки равна по величине 1-ому сенселю.
На основе полученных фактов, а также текущей позиции линз, отвечающих за расположение фокуса в пространстве, и текущего фокусного расстояния объектива, программа вычисляет новую позицию линз. Затем, как я отметил в предыдущей статье, отдаёт команду микропроцессору, встроенному в объектив, установить линзы в новое положение.
Я рассмотрел случай, когда тонкая линза (на деле, определённые линзы внутри объектива) находится слишком далеко от снимаемого объекта. Что изменится, если она будет находиться слишком близко к снимаемому объекту? Ответьте на этот вопрос самостоятельно, описав случай по аналогии с рассмотренным. Подсказка: случаи противоположны.
Далее рассмотрю процесс на примере съёмочной ситуации, более приближённой к реальной. Опишу её кратко. Она поможет мне ввести в следующей статье понятие «точка фокусировки» (или «зона фокусировки), используемое в ежедневной практике фотографа.
Демонстрация принципа (снимаемый объект – две точки в центре кадра)
В данном случае в качестве снимаемого объекта выступает не одна точка, а две (обозначены буквами «А» и «Б» на рисунке 6), соединённые «невидимой» перемычкой. Я расположил точки симметрично относительно пересечения фокальной плоскости и оптической оси тонкой линзы. Другими словами, точки образуют горизонтальный отрезок в центре кадра (см. рисунок 6Б).
Рис. 6. Схемы, иллюстрирующие положения снимаемого объекта и его изображения. Рис. 6А – вид сверху на снимаемую сцену. Обозначения на рисунке совпадают с ранее принятыми (см. рисунок 1). Рис. 6Б – изображение снимаемого объекта, наблюдаемое в видоискатель зеркального фотоаппарата. Обратите внимание, тонкая линза (объектив) создаёт перевёрнутое изображение снимаемого объекта, что отражено на рисунке 6А. В зеркальном фотоаппарате пентапризма «переворачивает» оптическое изображение снимаемого объекта так, чтобы оно совпадало с картинкой, которую фотограф наблюдает непосредственно, глазами. В беззеркальной камере «автоматика» выводит на экран фотоаппарата предварительно перевёрнутое цифровое изображение.
Я укорочу описание, проведя параллель с предыдущей демонстрацией. Представьте, что точка – снимаемый объект, «героиня» предыдущей демонстрации – разделилась на две точки, как клетка живого организма делится на две полноценные клетки. Одна новая точка сместилась вверх (относительно плоскости рисунка 6А), другая новая точка – вниз.
Теперь вместо световых лучей, проходящих через «красную» и «синюю» области тонкой линзы и сгруппированных в два пучка, я рассмотрю световые лучи, отражённые от обоих точек и сгруппированные в четыре пучка: по два на каждую точку (сравните рисунки 7А и 2А). Два пучка проходят через «красно-оранжевую» область тонкой линзы (бывшая «красная» область), остальные два – через «сине-фиолетовую» область тонкой линзы (бывшая «синяя» область). «Красный» и «синий» пучки формируют изображение точки А, «оранжевый» и «фиолетовый» пучки – изображение точки Б.
Все четыре пучка перенаправляются парой призм на детекторы.7 «Красный» пучок сходится на 2-ом сенселе «красно-оранжевого» детектора, «синий» пучок на 2-ом сенселе «сине-фиолетового» детектора, «оранжевый» пучок на 6-ом сенселе «красно-оранжевого» детектора и «фиолетовый» пучок на 6-ом сенселе «сине-фиолетового» детектора. То есть, изображения точек А и Б симметричны относительно контрольных отметок, равно как снимаемый объект симметричен относительно оптической оси тонкой линзы.
Тонкая линза занимает такое положение относительно снимаемого объекта и печатной платы датчика автофокуса, что, если убрать призмы, изображение объекта появится на поверхности печатной платы. Другими словами, последний наведён на резкость.
Рис. 7. Схемы, упрощённо иллюстрирующие принцип действия фазового автофокуса (снимаемый объект – две точки, соединённые короткой тонкой прямой). Рис. 7А и 7Б – вид сверху и вид сбоку на снимаемую сцену, соответственно. Снимаемый объект наведён на резкость.
Следующие графики иллюстрируют возможное распределение пучков световых лучей по детекторам:
Рис. 8. Распределения пучков световых лучей по обоим детекторам в случае, когда снимаемый объект наведён на резкость. Пример. Обозначения на рисунке: цифры «1»-«7» – номера сенселей; красный и синий цвета – номера сенселей, фиксирующих изображение точки А; оранжевый и фиолетовый цвета – номера сенселей, фиксирующих изображение точки Б. Как и прежде, для успешности автоматической фокусировки важно наличие в графиках различимого шаблона (паттерна). В данном примере каждый график содержит два выделяющихся пика.
Теперь приведу схемы прохождения световых лучей и графики распределений пучков световых лучей по детекторам для случая, в котором снимаемый объект не сфокусирован: изображение точек находится перед детекторами.
Рис. 9. Схемы, упрощённо иллюстрирующие принцип действия фазового автофокуса (снимаемый объект – две точки, соединённые короткой тонкой прямой). Рис. 9А и 9Б – вид сверху и вид сбоку на снимаемую сцену, соответственно. Снимаемый объект «вне резкости»: его изображение находится перед детекторами. Обозначения на рисунке 9А: 1 – расстояние между контрольными отметками на детекторах; 2 – расстояние между серединами изображений горизонтального отрезка, фиксируемых каждым детектором; чёрные стрелки – направление перемещения тонкой линзы относительно её исходного положения.
Рис. 10. Распределения пучков световых лучей по обоим детекторам в случае, когда снимаемый объект (две точки) не сфокусирован («изображение» фокальной плоскости находится перед детекторами). Пример.
Как и в предыдущей демонстрации, сравнив между собой графики, изображённые на рисунке 10, управляющая программа сделает два вывода. Во-первых, тонкая линза располагается слишком далеко от снимаемого объекта. Во-вторых, смещение каждого изображения снимаемого объекта относительно контрольной отметки равно одному сенселю. Другими словами, ошибка фокусировки по величине равна 1-ому сенселю.
Дальнейшие действия автофокуса аналогичны тем, которые я описал в предыдущей демонстрации.
Как Вы можете предполагать, количество рассматриваемых точек, отражающих световые лучи в сторону тонкой линзы, едва ли изменяет суть принципа. Соответственно, она сохранится и в том случае, если рассмотреть 10, 100, 1000, … точек, расположенных между точками А и Б. Увеличиться лишь количество пучков световых лучей, и станут более разнообразными, приближенными к реальным, графики распределений пучков световых лучей по детекторам. Таким образом, принцип распространяется на фотографирование реальных снимаемых объектов, поверхность которых, по факту, состоит из бесконечного количества точек.
Как Вы думаете, что будет, если снимаемый объект расположиться вдалеке от центра кадра, другими словами, сместится вверх или вниз, или влево, или вправо относительно оптической оси тонкой линзы (по сути, объектива)? Напомню, в обоих демонстрациях я предполагал, что снимаемый объект находится на оптической оси тонкой линзы. Ещё. Сработает ли автофокус, если способность отражать лучи точки А (или обоих точек А и Б) будет такой же, как у точек В, Д, …, расположенных в окрестности точки А (точек А и Б)? В обоих демонстрациях я предполагал, что точка А (точки А и Б) отличаются от фона способностью отражать световые лучи. Другими словами, как будет реализован принцип, если в кадре (или в какой-то его части) контрастные переходы отсутствуют?
Рис. 11. Графики распределения пучков световых лучей по одному из детекторов. Три примера. Какие из случаев, обозначенных в предыдущем абзаце, иллюстрируют приведённые графики?
Ответы на эти и другие вопросы образуют «Практичные» замечания – секцию, завершающую описание фазового автофокуса. С неё я начну следующую статью.
Примечание:
1 Расположение датчика автофокуса в зеркальной камере уточните по рисунку 1 из статьи «Основы фотографии # 4.1». Обратно к тексту.
2 Фазовый автофокус или автофокус «по фазе» – краткое русскоязычное наименование различных конструкций автофокуса, объединённых по единому принципу действия: система определяет ошибку фокусировки, сличая изображения снимаемого объекта, рассматриваемого с двух точек обзора. Ошибка фокусировки – разница, измеряемая в условных единицах, между текущей позицией снимаемого объекта в сцене и его позицией, в которой он наведён на резкость.
В англоязычных источниках принцип называется по-разному, например, phase comparison focus detection (досл. перевод – «определение фокуса с помощью сравнения фаз») или phase difference detection method (досл. перевод – «метод определения разницы фаз»), или image correlation detection method (досл. перевод – «метод определения взаимосвязи между изображениями»).
По названному принципу человек оценивает расстояния с помощью своей зрительной системы: каждый глаз воспринимает один и тот же объект с индивидуальной точки зрения. Обратно к тексту.
3 В примере контрольные отметки находятся в серединах детекторов. В реальности отметки могут располагаться произвольно. Главное условие – когда они выбираются, снимаемый объект должен быть наведён на резкость. Обратно к тексту.
4 Выполнение этого условия необходимо для точной автоматической фокусировки и достигается с помощью системы зеркал и линз. Они, как раз, составляют бОльшую часть элементов датчика, и их я опустил в демонстрации.
По традиции, в зеркальном фотоаппарате одна часть световых лучей отражается основным зеркалом в пентапризму, другая часть перенаправляется вспомогательным зеркалом к датчику автофокуса.
Внутри датчика световые лучи проходят, обычно, через линзу и отражаются от одного-двух зеркал. Задача перечисленных элементов – поместить «изображение» фокальной плоскости в нужное место в фотоаппарате. По пути пучки световых лучей оформляются масками, чтобы на детекторы попали строго определённые световые лучи, и очищаются фильтрами, чтобы исправить оптические искажения, привнесённые объективом, и, как следствие, улучшить точность и аккуратность автоматической фокусировки.
Количество, свойства и расположение элементов, обеспечивающих выполнение рассматриваемого условия, зависит от конкретной конструкции датчика и\или модели фотоаппарата.
Пример расположения обсуждаемых компонентов я схематично показал на рисунке 1 в статье «Основы фотографии # 4.1». Обратите внимание на элементы, находящиеся под основным зеркалом. Они образуют датчик автофокуса. Если быть точным, компонент, обозначенный на указанном рисунке, числом 12 – это печатная плата, то есть часть датчика автофокуса. Обратно к тексту.
5 Обычно, функцию светочувствительного детектора выполняет прибор с зарядовой связью (ПЗС), потому что он обладает высокой чувствительностью к свету. В частности благодаря этой особенности детектора, современные автофокусы, встраиваемые в зеркальные фотоаппараты, могут наводить объекты на резкость, освещаемые светом луны или тусклых уличных фонарей. Обычно, в таких съёмочных ситуациях человек едва ли может сфокусироваться на объекте точно.
Устройство детектора подобно устройству тех ПЗС, с помощью которых цифровые камеры образуют фотографии. Заметное отличие заключается в габаритах детектора: 1-2 сенселя в ширину и несколько сенселей (например, 25, 100, 200) в длину. Из-за особенных пропорций детектор называют ПЗС-линейкой. В рассматриваемом примере каждый детектор состоит из 7 сенселей.
Для того чтобы измерить расстояние до снимаемого объекта минимально требуется два детектора или один детектор, разделённый на два независимых сегмента. В примере оба ПЗС располагаются друг за другом, то есть примыкают друг к другу короткими сторонами, через пустой промежуток.
Детекторы прикреплены к пластинке – печатной плате (метка 5 на рисунке 2А). Плата располагается так, что «изображение» фокальной плоскости проходит строго через детекторы.
Взаимное расположение детекторов, образующих пару, длина каждого детектора и размер его сенселя, расположение пары детекторов относительно снимаемого объекта (горизонтально, как в примере, или вертикально, или диагонально), количество и расположение пар на печатной плате определяет возможности автофокуса. Этим моментам я уделю внимание в следующей статье.
Узнайте подробнее о ПЗС из предыдущих статей, если Вы не сделали этого ранее. Обратно к тексту.
6 Призма – это оптический прибор, который пропускает через себя световые лучи, изменяя, при этом, их первоначальное направление при выходе из призмы. Оно зависит от угла, под которым лучи входят в прибор.
В датчике автофокуса призма, как и детектор, всегда имеет пару. Одна призма направляет пучок световых лучей на один детектор, другая – на другой детектор. Каждая призма «избирательна». Все световые лучи, которые не проходят через соответствующую область тонкой линзы, могут входит в призму, но перенаправляются ею за пределы «подответственного» детектора. Например, лучи, отражённые от снимаемого объекта в центральную часть тонкой линзы, детекторы «не видят».
Вместо или совместно с призмами в современных конструкциях автофокусов рассматриваемого типа используются линзы. Пары таких линзо-призмовых групп называют сепарационными линзами (на англ. separating lenses; от слова separate – «разделять», «отделять»)
7 В текущей демонстрации призму, которую я обозначал ранее «красной», назову «красно-оранжевой», соответственно, «красный» детектор – «красно-оранжевым». Аналогично, переобозначу «синие» призму и детектор, в «сине-фиолетовые». «Цветные» обозначения, как и прежде, сообщают о том, какие призма и детектор какой пучок световых лучей «обслуживают». Обратно к тексту.
22/12/2015
Просмотров : 17047
Источник: photo-monster.ru
Автор: Марк Лаптенок
Еще уроки из рубрики "Все основы"
Покупка аккумуляторов: что нужно знать?
Доводилось ли вам использовать свою камеру с объективами от стороннего производителя? Предполагаю, что большинство ответит да. Причина этого в том, что на рынке есть много...
Читать дальше →
09/03/2020.
Основы — Все основы.
Перевод: Алексей Шаповал
11 270
1
Правило эквивалентной экспозиции
Фотоаппарат – восхитительный инструмент. Просто поразительно как одним щелчком затвора можно остановить текущий миг и сохранить его на будущее. Принцип работы фотоаппарата...
Читать дальше →
29/02/2020.
Основы — Все основы.
Перевод: Алексей Шаповал
22 438
2
Оцифровка фотографий и негативов
У каждой семьи есть своя история, а у каждой истории есть свои фотографии: старые цветные распечатки, винтажные черно-белые фотокарточки, негативы и пленки.
Читать дальше →
17/02/2020.
Основы — Все основы.
Перевод: Алексей Шаповал
38 121
4
Как развить профессиональный взгляд
Фотография – мощный инструмент визуальной коммуникации. Объектив в какой-то мере можно считать вашим третьим глазом, который позволяет поделиться с миром тем, что видите вы...
Читать дальше →
10/02/2020.
Основы — Все основы.
Перевод: Алексей Шаповал
15 700
0
Как избежать клише в фотографии
Мир современной пейзажной фотографии весьма сложный. Кажется, будто достаточно иметь камеру, несколько объективов, штатив, фильтры, карту и отличную идею в голове, но в реальности все...
Читать дальше →
05/09/2019.
Основы — Все основы.
Перевод: Алексей Шаповал
14 334
1
Как подзаработать фотографу (не профи)
Существует миф, будто фотографы разделяются на две категории – те, для кого это просто хобби и профессионалы, которые зарабатывают деньги. На самом деле многие находятся в...
Читать дальше →
12/08/2019.
Основы — Все основы.
Перевод: Алексей Шаповал
18 469
2
Отличная статья, Марк! Очень важно понимать физику процесса, я считаю.
Здравствуйте! Благодарю за отзыв. Согласен с Вами. Чем выше фотограф ставит себе профессиональную планку, чем выше хочет вырасти как мастер, тем мощнее должны быть его "корни".
Капец как нудно и заумно. Пойду лучше красивых девчёнок пофотаю.