自動調(diào)焦瞄準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動調(diào)焦瞄準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計,自動,調(diào)焦,瞄準(zhǔn),裝置,結(jié)構(gòu)設(shè)計 自動調(diào)焦(AF)原理 自動調(diào)焦(AF)系指由照相機(jī)根據(jù)被攝體距離的遠(yuǎn)近，自動地調(diào)節(jié)鏡頭的對焦距離。自從1977年第一架實用型自動調(diào)焦照相機(jī)誕生以來，許多照相機(jī)生產(chǎn)廠家均開展了對自動調(diào)焦系統(tǒng)的研究，從而產(chǎn)生了形形色色的自動調(diào)焦系統(tǒng)。根據(jù)所基于的原理，可以分成測距法和像檢測法(又稱調(diào)焦檢測法)兩大類，下列是自動調(diào)焦系統(tǒng)的分類： ┌ │ ─反射時間測量法 (主動型) ┌ │ ─VAF 　 ┌ ─測距法── ┤ ┌ ─被動型──── ┼ ─STT │ └ ─三角測量法── ┤ └ ─FCM AF系統(tǒng)─ ┤ └ ─紅外主動型 │ │ ┌ │ ─對比度檢測法 (反差檢測法) └ ─像檢測法─ ┤ ┌ ─TCL系統(tǒng) └ ─相位檢測法── ┤ └ ─透鏡分離器系統(tǒng) 最早出現(xiàn)的實用型AF系統(tǒng)是美國亨尼威爾(Honeywell)公司于1975年研制、1977年在Konica C35AF上出現(xiàn)的VAF系統(tǒng)；1979年出現(xiàn)了采用紅外線主動型AF系統(tǒng)的Canon AF35M；1981年出現(xiàn)了采用SST(固態(tài)三角測量)的Canon AF35ML和日本精工研制的FCM系統(tǒng)。上述均屬三角測量系統(tǒng)，雖然名稱不同，但工作原理是類似的。 1978年出現(xiàn)了采用超聲波AF系統(tǒng)的寶麗萊(Polaroid)SX-70 SONAR AF，這是一種基于反射時間測量法的系統(tǒng)，也屬主動型，利用超聲波回波時間來測量距離。 像檢測法屬于被動型，主要有兩種形式：對比度檢測系統(tǒng)和相位檢測系統(tǒng)。對比度檢測AF系統(tǒng)最早出現(xiàn)在1981年推出的Pentax ME-F單反機(jī)上，這是利用當(dāng)影像最清晰時，成像的反差最大的原理而制成的，與手動調(diào)焦的磨砂屏焦點檢測法的原理相似。 最早采用相位檢測法的AF系統(tǒng)是美國Honeywell公司于1981年研制的TCL系統(tǒng)，首次出現(xiàn)在1982年推出的Olympus OM-30單反機(jī)上。 測距法主要應(yīng)用于旁軸平視取景的袖珍相機(jī)上，而像檢測法則用于單鏡頭反光照相機(jī)上。由于紅外線主動型AF系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等特點，在現(xiàn)代袖珍相機(jī)中占有很大的比重；而且現(xiàn)在的AF單反機(jī)大多采用相位檢測AF系統(tǒng)，因此這里僅介紹紅外線主動型和相位檢測型AF系統(tǒng)。SST系統(tǒng)還見于少部分AF變焦袖珍相機(jī)(如Sigma AF Zoom Super 28、70、100等)， 但工作原理與VAF類似；超聲波主動型AF系統(tǒng)只出現(xiàn)在美國寶麗萊公司生產(chǎn)的拍立得(又稱瞬時得或立時得)相機(jī)上，故這里不予介紹。 自從自動調(diào)焦相機(jī)(特別是AF單反機(jī))出現(xiàn)以來，引出了許多嶄新的概念和功能，熟悉和理解這些概念和功能會有助于我們能更好地操縱新型相機(jī)，使拍攝工作更富有實效，也使我們能從形形色色的名詞和功能中分辨出哪些是實用的和哪些是花架子，可以避免陷入相機(jī)廣告中閃爍其詞的語句和對攝影器材追求的泥潭中，因而也有利于選購合適的相機(jī)。 本章中所介紹的主動型AF系統(tǒng)是原理性的，在實際的照相機(jī)中，照相機(jī)生產(chǎn)廠家對這類AF系統(tǒng)的不足亦是進(jìn)行了大量的改造工作，如采用了多束紅外線測距等，而且AF級數(shù)也越來越多，有些主動型AF系統(tǒng)已經(jīng)是無級聚焦了，即聚焦級數(shù)為無窮多，其性能也越來越接近被動型AF系統(tǒng)。 相位檢測型被動式AF系統(tǒng)已經(jīng)為AF單反機(jī)所普遍采用，雖然聚焦精度較高，但由于其固有的特性，在低亮度場合是不靈敏甚至不能正常工作的。加上AF照明器，就基本上解決了這類系統(tǒng)的不足。 在AF單反機(jī)的發(fā)展歷程中，自動聚焦技術(shù)的飛速發(fā)展自不待言，從原來的單純模仿手動聚焦的單一方式發(fā)展到寬區(qū)自動聚焦、焦點預(yù)測自動聚焦、自動確定被攝主體位置和自動變焦構(gòu)圖等，大多數(shù)自動聚焦相機(jī)都具有可以單手操作、眼睛不離取景窗就能修改參數(shù)等優(yōu)點，這一切都是手動聚焦照相機(jī)所不能做到的。簡言之，只要改變了原來使用手動聚焦相機(jī)的習(xí)慣和克服對新機(jī)種的心理障礙，就會覺得自動聚焦相機(jī)是要比手動聚焦相機(jī)好用得多。 從固定焦點到自動調(diào)焦 從照相機(jī)的發(fā)展歷史來看，在焦點調(diào)節(jié)方面，經(jīng)歷了焦點不變——>焦點可調(diào)——>固定焦點——>自動調(diào)焦等階段。我們先說明為什么固定焦點照相機(jī)能得以流行的道理；然后再說明調(diào)焦的必要性，從而過渡到自動調(diào)焦。 我們先來看一組數(shù)據(jù)。假設(shè)照相機(jī)鏡頭焦距為35mm(相當(dāng)于小廣角鏡頭)，其調(diào)焦距離L (指被攝主體平面至鏡頭理想成像平面——即膠卷平面——之間的距離)固定于2.5m處，容許彌散圓直徑為0.033mm，那么鏡頭光圈系數(shù)f與膠卷平面至清晰范圍最近點L1及最遠(yuǎn)點L2的關(guān)系為：(L1和L2的單位為m，本節(jié)所提及的有關(guān)概念的準(zhǔn)確定義及公式請參見【景深概念與計算】)。 表1 f 2 2.8 4 5.6 8 11 16 22 L1 2.20 2.10 1.97 1.82 1.62 1.44 1.20 1.01 L2 2.89 3.08 3.42 4.10 5.42 9.65 ∞ ∞ 如果容許彌散圓直徑取0.05mm，則 表2 f 2 2.8 4 5.6 8 11 16 22 L1 2.08 1.94 1.78 1.59 1.38 1.18 0.95 0.77 L2 3.14 3.50 4.22 5.83 13.6 ∞ ∞ ∞ 由這些數(shù)據(jù)可看出，當(dāng)光圈系數(shù)為f/4時，要求嚴(yán)格些可以保證從1.97m～3.42m是清晰的；要求不那么嚴(yán)格的話，則可以認(rèn)為從1.78m～4.22m是清晰的。如果光圈系數(shù)取f/11，容許彌散圓直徑取0.05mm的話，那么從1.18m至無限遠(yuǎn)都是清晰的。 所以多數(shù)廉價的固定焦點"傻瓜相機(jī)"都是采用小廣角鏡頭(焦距在35mm左右)和小光圈(最大光圈為f/4或f/5.6)，至少可以保證從1.6m左右至5.5m左右是清晰的，也就是說這類相機(jī)是依靠廣角鏡頭和小光圈所具有的大景深特性來保證清晰度，對于一些只拍家庭紀(jì)念照而又不懂相機(jī)調(diào)節(jié)的人來說是足夠的了，這就是這類相機(jī)大行其道的理由所在。 但是由于光學(xué)透視原理，廣角鏡頭在近距離拍攝時會產(chǎn)生"近大遠(yuǎn)小"的變形現(xiàn)象，并不適合拍攝人物半身像。 解決變形的辦法是使用中焦距鏡頭。但中焦距鏡頭在同樣的光圈之下，其景深要比廣角鏡頭小得多，如焦距為85mm的鏡頭，當(dāng)調(diào)焦距離為2m和鏡頭光圈系數(shù)為f/4時，L1為1.93m，L2為2.08m；當(dāng)調(diào)焦距離不變而光圈系數(shù)為f/11時，L1為1.82m和L2為2.22m。顯然此時只適合拍攝主體在1.82m至2.22m范圍之內(nèi)的情形，當(dāng)被攝主體超出這一范圍，其成像結(jié)果是不能令人滿意的。 另外，仍以焦距為35mm左右的鏡頭來說，如果調(diào)焦距離固定不變，所拍攝出的照片在照片不是放得很大時，其清晰度是可以接受的；若照片要放得較大，如12英寸，原來在小照片上清晰的物體就顯得模糊了。 綜上所述，具有小廣角鏡頭的固定焦點照相機(jī)的應(yīng)用范圍是極有限的。為了擴(kuò)大鏡頭焦距和提高清晰度，勢必要使焦點能調(diào)節(jié)。因此在簡易照相機(jī)上就出現(xiàn)了區(qū)域調(diào)焦系統(tǒng)，如現(xiàn)在國內(nèi)市場常見的Ricoh XF-30袖珍相機(jī)就有區(qū)域調(diào)焦功能。 區(qū)域調(diào)焦系統(tǒng)是根據(jù)被攝主體所處的距離不同，選擇相應(yīng)的調(diào)焦距離點，并利用景深使在該點前后一段距離內(nèi)的物體都是清晰的.我們再來看一組數(shù)據(jù)。仍假設(shè)照相機(jī)鏡頭焦距為35mm，光圈系數(shù)為f/4，容許彌散圓直徑為0.033mm，那么調(diào)焦距離 L(單位為m)與L1及L2的關(guān)系為： L 1.00 1.25 1.50 2.00 3.50 9.00 L1 0.92 1.10 1.29 1.65 2.54 4.57 L2 1.12 1.44 1.79 2.55 5.62 30.0 只要能分6級調(diào)節(jié)照相機(jī)鏡頭的調(diào)焦距離， 就可以保證能在0.92m至無限遠(yuǎn)處(30m可以認(rèn)為是無限遠(yuǎn))都能拍攝出清晰的照片。例如當(dāng)被攝主體在0.92～1.10m處，可以將調(diào)焦距離置于1m處；當(dāng)被攝主體在1.65～2.5m處，可以將調(diào)焦距離置于2m處等。這就是區(qū)域調(diào)焦系統(tǒng)的理論根據(jù)。 當(dāng)鏡頭焦距增長時，由于景深淺的緣故，若要保證從1m至無限遠(yuǎn)都是清晰的，所分級數(shù)還應(yīng)該相應(yīng)增加。 從上面的敘述可看出，如果調(diào)焦級數(shù) (即鏡頭焦點可調(diào)節(jié)的位置數(shù)量)越多，調(diào)焦精度就越高。當(dāng)調(diào)焦級數(shù)達(dá)到無窮多級時(即鏡頭的調(diào)焦距離是可以無級地調(diào)節(jié))，調(diào)焦精度為最高。單反機(jī)的鏡頭是可以從某一最近距離至無限遠(yuǎn)任意調(diào)節(jié)，因此這類鏡頭的調(diào)焦精度是最高的。 細(xì)心的讀者也許會從表3中看出，0.92m至2.55m之間有4個調(diào)焦級，而從2.54m至30m只有兩個調(diào)焦級。這仍然與景深特性有關(guān)。調(diào)焦距離越近，景深就越淺，所以需要調(diào)節(jié)的位置相應(yīng)就要增多；而調(diào)焦距離越遠(yuǎn)，景深就越大，需要調(diào)節(jié)的位置就相應(yīng)要少些。 具有區(qū)域調(diào)焦系統(tǒng)照相機(jī)是能夠提高清晰度，但對于大多數(shù)人來說，具有使用不方便的一面，因此自動調(diào)焦系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生了。