對(duì)焦的原理

即使在實(shí)時(shí)顯示拍攝時(shí)，也可實(shí)現(xiàn) “快速、快適、高畫(huà)質(zhì)”

在實(shí)時(shí)顯示拍攝時(shí)反光鏡會(huì)升起，因此無(wú)法使用光學(xué)取景器拍攝時(shí)所用的相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦。所以到目前為止，大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)在實(shí)時(shí)顯示拍攝時(shí)都使用反差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦，根據(jù)圖像感應(yīng)器成像的對(duì)比度檢測(cè)合焦位置。但是相對(duì)于能夠預(yù)測(cè)合焦時(shí)的鏡片位置并驅(qū)動(dòng)鏡片的相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦，反差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦是通過(guò)前后移動(dòng)鏡片來(lái)搜尋合焦位置的，因此自動(dòng)對(duì)焦速度較慢。自EOS 650D開(kāi)始采用的“Hybrid CMOS AF”，在像面上應(yīng)用了與相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦同樣原理進(jìn)行高速對(duì)焦的圖像感應(yīng)器相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦，并配合反差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦來(lái)提高自動(dòng)對(duì)焦速度。為了實(shí)現(xiàn)更快的自動(dòng)對(duì)焦速度，只要能增加自動(dòng)對(duì)焦像素的數(shù)量并提高相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦的精度，就不再需要反差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦了。但是，兼顧畫(huà)質(zhì)令自動(dòng)對(duì)焦像素在數(shù)量上有所限制，而“全像素雙核CMOS AF”從根本上解決了這個(gè)問(wèn)題。

宮成“普通的圖像感應(yīng)器將微透鏡分配到每個(gè)像素上，在它們的下方各有一個(gè)光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，但是使用全像素雙核CMOS AF的圖像感應(yīng)器，將每個(gè)微透鏡下的光電二極管都一分為二，這樣，一次同時(shí)可捕捉兩個(gè)視差圖像。全像素雙核CMOS AF會(huì)利用來(lái)自這兩個(gè)圖像的信號(hào)來(lái)完成相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦。而且重要的是，匯集兩個(gè)光電二極管的圖像信號(hào)便可作為一個(gè)像素進(jìn)行輸出。由于1個(gè)像素就能兼?zhèn)渥詣?dòng)對(duì)焦和圖像捕捉功能，所以這種結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用到所有像素中。既保持了畫(huà)質(zhì)又可增加用于自動(dòng)對(duì)焦的像素?cái)?shù)，畫(huà)質(zhì)基本沒(méi)有受到影響。”

福田“由于可自動(dòng)對(duì)焦的像素分布于整個(gè)CMOS圖像感應(yīng)器，因此在覆蓋實(shí)時(shí)顯示屏幕約80%(垂直)×80%(水平)的寬范圍區(qū)域內(nèi)都能使用相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦完成較終合焦※。這樣不僅提高了自動(dòng)對(duì)焦速度，在夜景環(huán)境中對(duì)點(diǎn)光源的對(duì)焦精度也得以提高，而這曾是反差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦的難點(diǎn)。”

佳能堅(jiān)信在維持成像性能的前提下，也可在實(shí)時(shí)顯示拍攝中實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)對(duì)焦。正是由于佳能的執(zhí)著信念，這項(xiàng)技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)。

※當(dāng)使用支持的鏡頭時(shí)。

全像素雙核CMOS AF示意圖

全像素雙核CMOS AF的CMOS圖像感應(yīng)器在像素中都配置了2個(gè)光電二極管。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)圖像感應(yīng)器相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦，對(duì)焦更迅速。

研發(fā)核心
宮成洋（左）
影像信息事業(yè)總部
綜合鏡頭研發(fā)中心
主任研究員

研發(fā)核心
福田浩一（右）
影像信息事業(yè)總部
綜合鏡頭研發(fā)中心
主任

通過(guò)圖像感應(yīng)器相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦實(shí)現(xiàn)高速對(duì)焦

單像素的結(jié)構(gòu)

每個(gè)像素都配置了2個(gè)獨(dú)立的光電二極管

相差檢測(cè)AF時(shí)（1）

每個(gè)光電二極管獨(dú)立接收光線

相差檢測(cè)AF時(shí)（2）

在不同的位置分別獲取2個(gè)信號(hào)即可進(jìn)行相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦

成像時(shí)

拼合2個(gè)光電二極管積蓄的電荷A與B，作為1個(gè)像素進(jìn)行讀取

全像素雙核CMOS AF通過(guò)圖像感應(yīng)器相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦可實(shí)現(xiàn)高速對(duì)焦。“相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦”是以從2個(gè)位置獲取的信號(hào)為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)距的對(duì)焦方式。由于需要檢測(cè)2個(gè)被攝體成像（相位）的間隔（差），因此被稱(chēng)為“相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦”。 全像素雙核CMOS AF為每個(gè)像素都配置了2個(gè)光電二極管，并由此獲得2個(gè)信號(hào)（A像和B像）。通過(guò)比較A像和B像的視差信號(hào)計(jì)算出鏡頭的驅(qū)動(dòng)量和驅(qū)動(dòng)方向。

而拍攝時(shí)可拼合2個(gè)信號(hào)作為1個(gè)圖像信號(hào)進(jìn)行輸出。這樣就能在不影響畫(huà)質(zhì)的情況下同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦和圖像捕捉功能。

另外，全像素雙核CMOS AF將水平方向排列的多個(gè)像素連接起來(lái)，使其成為線型感應(yīng)器（縱向線條檢測(cè)感應(yīng)器），調(diào)動(dòng)多個(gè)像素進(jìn)行對(duì)焦。這里的線型感應(yīng)器長(zhǎng)度（相當(dāng)于取景器自動(dòng)對(duì)焦感應(yīng)器的基線）會(huì)根據(jù)光圈產(chǎn)生變化。因此，使用光圈F8拍攝短片時(shí)也能進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦。

※為了便于理解，這里將圖中所示部分稱(chēng)為光電二極管A和B，且實(shí)際上光電二極管并沒(méi)有2種顏色。

全像素雙核CMOS AF的對(duì)焦原理

全像素雙核CMOS AF可從光電二極管A和B中分別檢測(cè)出A像和B像的信號(hào)。在完成合焦的狀態(tài)下2個(gè)像將重合，而在未完成合焦的狀態(tài)下，2個(gè)像都是模糊且相互錯(cuò)開(kāi)的。通過(guò)檢測(cè)偏差量（信號(hào)差）和偏差方向（A像和B像分別位于中心的哪一側(cè)），就能計(jì)算出對(duì)焦鏡片組應(yīng)當(dāng)朝什么方向移動(dòng)多少距離。這樣一來(lái)就能直擊目標(biāo)，迅速對(duì)焦了。

合焦時(shí)2個(gè)像的狀態(tài)（示意圖）

相機(jī)將光電二極管A信號(hào)與B信號(hào)相互重合的狀態(tài)判斷為合焦。

焦點(diǎn)偏前時(shí)2個(gè)像的狀態(tài)（示意圖）

相機(jī)將B像相對(duì)于中心偏向左側(cè)、而A像偏向右側(cè)的情況判斷為焦點(diǎn)偏前。另外，根據(jù)2個(gè)像的偏差量（信號(hào)差）即可計(jì)算出完成合焦所需的鏡片驅(qū)動(dòng)量。

焦點(diǎn)偏后時(shí)2個(gè)像的狀態(tài)（示意圖）

相機(jī)將A像相對(duì)于中心偏向左側(cè)、而B(niǎo)像偏向右側(cè)的情況判斷為焦點(diǎn)偏后。