В) Наводка на резкость по контрасту при помощи специального трехслойного сенсора

Позднее в зеркальных камерах с автофокусом по контрасту стали применять специальный трехслойный датчик контраста. Два верхних слоя у такого сенсора полупрозрачные. Изображения, формируемые объективом на каждом из трех слоев, отличаются по резкости и контрасту. В результате сравнения данных контраста с этих трех изображения появилась возможность определять требуемое направление перемещения, что сразу улучшило быстродействие автофокусировки по контрасту. Так, при оптимальной автофокусировке, наивысший контраст соответствует изображению, полученному для среднего слоя сенсора. Если оказывается, что изображение на верхнем слое более контрастное, чем на двух других, то это означает, что объектив должен быть смещен в сторону сенсора. И наоборот, если на нижнем слое изображение более контрастное, то объектив нужно сместить в обратную сторону от сенсора. Для того, чтобы отслеживать контраст как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении с трехслойного сенсора снимаются данные с пикселов, расположенных на перекрестии.

Рис. 4. К пояснению автофокуса по контрасту с трехслойным сенсором

Рис. 5. К пояснению расположения датчика автофокуса фотокамеры

В современной зеркальной фотокамере имеется два зеркала. Часть света идущего от объектива отражается от полупрозрачного зеркала в сторону матового стекла для наблюдения в визир. Другое зеркало направляет свет на датчик автофокуса. На время экспонирования оба зеркала откидываются.

В зеркальной камере основной сенсор (или фотопленка), матовое стекло системы визирования и датчик контраста должны быть оптически сопряжены, т.е. они должны располагаться на расстоянии, соответствующем рабочему отрезку (FFD – flange to focal plane distance) камеры. Поэтому

Юстировка положения датчика и матового стекла обычно осуществляется в процессе заводской настройки.

Система фокусировки с трехслойным сенсором применяется, например, в современных зеркальных фотоаппаратах марки Canon. Для того, чтобы иметь возможность фокусировки малоконтрастных изображений в этих аппаратах имеется инфракрасная подсветка, формирующая сетку на объекте съемки.

Г) Наводка на резкость фазовым методом

Р ассмотрим фазовый метод автофокуса. Основным элементом данной системы является датчик автофокуса, который расположен на определённом расстоянии от фокусной поверхности (поверхности матрицы или плёнки) рис.9. Он имеет две группы датчиков – горизонтальных H-basis для диафрагмы 5,6 (f/5.6 zone) и вертикальных V-basis для диафрагмы 2,8 (f/2.8 zone).

Рис.9

Группа линз датчика автофокуса формируют на передней линзе объектива четыре луча изображения объекта съёмки, по два для каждого базиса (рис.10). Рис.10

Разность фаз или интервал между двумя лучами на датчике автофокуса и является той величиной, которая показывает, находится ли объект в фокусе. (Рис.11)

Рис.11 Этот интервал сравнивается с фиксированным для данной системы значением – H-basis(а) Z0H (или Z0V для V-basis(a)). Если интервал между лучами ZH = Z0H – объект находится в фокусе ZH < Z0H - фронт фокус ZH > Z0H - бэк фокус ZH – Z0H = ? разница показывает процессору фотоаппарата направление и величину, на которую нужно подвинуть линзу АФ в объективе.

PLAY Как видно из рисунка 11 H-basis сенсор «видит» только вертикальные линии, а V-basis – только горизонтальные. Такой датчик, с развёрнутыми на 90 градусов линейными сенсорами, называется скрещенным сенсором (cross sensor). Скрещенный датчик способен обнаруживать как вертикальные, так и горизонтальные линии и обеспечивает более быстрый автофокус. В бюджетных зеркалках только центральный датчик скрещенный, остальные линейные. У профессиональных цифрозеркалок более продвинутые датчики датчики АФ. Так каждой точке фокусировки в цифровых фотоаппаратах соответсвует свой сенсор. Все цифровые зеркальные фотоаппараты имеют различное колличество точек автофокуса, от 3-5 в бюджетных моделях до 45 в топовых, например, Canon EOS1D серии. (Рис.12) Таким образом датчик автофокуса зеркалки – это набор линейных и скрещенных сенсоров, работающих по определённому алгоритму. Алгоритм зависит от объектива и его светосилы (диафрагмы).

Датчики получают фрагменты светового потока от разных точек кадра с помощью специальных зеркал. Внутри датчика свет разделяется на две части, каждая из которых попадает на свой светочувствительный сенсор. В случае точной наводки на резкость два световых потока будут находиться друг от друга на определённом расстоянии, заданном конструкцией датчика. В противном случае, это расстояние будет больше или меньше. Датчик, измерив это расстояние, выдаёт на выходе сигнал, показывающий, в какую сторону и насколько надо сдвинуть линзы объектива, чтобы выполнить наводку на резкость.

Быстродействие такой системы очень высокое и определяется, в основном, быстродействием механики объектива.

Принцип действия фазового автофокуса (патент)

7	Optical system for focus detection
8	Image sensor
30	Plane of the vicinity of the exit pupil of the optical system for photography
31 and 32	Pair of regions
70	Window
71	Visual field mask
72	Condenser lens
73 and 74	Pair of apertures
75	Aperture mask
76 and 77	Pair of reconverging lenses
80 and 81	Pair of light receiving sections

7 оптическая система для обнаружения внимание 8 Датчик изображения 30 Плоскость вблизи выходного зрачка оптической системы для фотографии 31 и 32 пары областей 70 Окно 71 Поле зрения маски 72 линзой

В современных объективах в качестве привода автофокусировки чаще всего используют пьезодвигатели (или ультразвоковые двигатели). Такие двигатели обеспечивают более высокие старт-стопные характеристики.