自動對焦簡介

af：Auto Focus 自動對焦

pdaf：Phase Detection af 相位對焦

caf：Contrast Detection  對比度對焦/反差對焦（按必定step連續拍攝，選取反差值對大的位置）

 

轉自：http://www.jianshu.com/p/1ccbaf458354

自動對焦（Auto Focus）是一種於20世紀60年代發展起來的技術，主要在相機和其餘光學設備上應用。其中須要許多技術，如半導體、光電子、微型馬達等支持。

其自二十世紀70年代應用於民用相機以來，掀起了巨大浪潮；時至今日，從緊湊型數碼相機，到單反或者是無反機型，幾乎都遍及自動對焦。

今天拍照並不須要瞭解那麼多原理，本篇筆記做爲維基條目的副產品，大略介紹一下自動對焦的發展和現狀，供有興趣的朋友參考。

背景

---

所謂對焦，就是驅動光學鏡頭中的一枚或多枚，而在對焦屏或成像元件上得到最清晰像的過程，其歷史甚至早於照相機的誕生——早期畫家們有「取景盒子」時就有對焦概念了。而照相機在達蓋爾時代發明顯影術後獲得了高速發展，攝影師從溼版到膠片，從單一黑白攝影到得到色彩，手動測光到自動測光，終於，須要自動對焦的一天來到了。

自動對焦誕生以前，手動方式對焦有兩種方法，一種是測距對焦（Scale Focus），一種是取景器聯動對焦，這兩種方法都會在後文說起；前者的精準度有限，後者的形態萬千，諸如黃斑和裂像等，但對於使用者眼神和操做都有必定要求，也限制了照相機這個「魔法盒子」在普通大衆之中的普及——人民大衆有要求，工程師們天然會想辦法來解決。

頗有意思的是，最先能夠查詢到的記錄是徠茲公司提出的自動對焦相關的專利，提出時間差很少在60年代～1973年（我在搬運的時候發現英文維基的註釋連接失效了，以前也感嘆這個時代信息消逝得更快了。相關過往在這裏有說起）。

徠卡是135相機的發明者，很長一段時間，甚至如今而言，也是無可爭議的135王者；技術領先與製造精良是其王牌。這樣的企業想掀起新的浪潮，也徹底能夠理解。到了1976年的Photokina展，徠茲公司也推出了一款概念產品 Correfot ，稍後的78年展現了自動對焦徹底功能的單反……再而後，就沒而後了。自動對焦的機器要等到21世紀和松下合做以後推出的幾款貼牌DC；或許值得一提2006年的Digilux 3，43感光元件的可換鏡頭機型（然而實際上是奧林巴斯E-330的改型，松下L1的再貼牌）。再以後有試水不可換鏡頭的X1/X2，APS-C的T系，以及2015年的LeicaQ，然而這都是後話。

圖文無關，我就是擺一臺徠卡鎮樓（Leica I）

百花齊放，日本相機工業在70～80年代有一種後來居上的勢頭。話說回來，人民羣衆要的是極致畫質和平衡的功能，前者日本人追趕了，彷佛仍是會差點意思；後者卻是在自動對焦的場地上揚名立萬。77年柯尼卡(Konica)的C35 AF，是自動對焦的PS機；而81年的賓得(Pentax)ME-F將自動對焦擴展到單反領域。1985年美能達的MinoltaAF也是里程碑同樣的登場，宣告着真正的完備自動對焦系統出現了。雖說α7000能夠說平平無奇，甚至其上撤銷撥輪而使用細長按鍵的設計也是侷限於時代審美的標誌，然而終究是各種技術集大成之做。賓得(Pentax)、尼康(Nikon)、佳能(Canon)也紛紛投入新的市場。

美國在這個時期也並不是沒有做爲，除了威達(Vivitar)熱衷於計算機輔助設計以外，還有一家寶麗來(Polaroid)的公司一直對Instant(即時成像)抱有極大熱情，72年～81年間出產的SX-70系列是其產品中的佼佼者，在78年生產的OneStep機型還帶上了聲納自動對焦系統。一時，迪斯尼樂園、即時成像、傻瓜操做，無疑是美國夢的一種具體意象。

德國的另一位巨擘，蔡司，在90年代可能受到德國統一，萬事可爲的利好鼓舞，也聯合日本京瓷推出了自動對焦的康泰時(CONTAX)品牌產品，不可換鏡頭的T系，可換鏡頭的G系以及稍遲的N系單反產品。

隨着時代推動，自動對焦技術也在發展，可是就不在『背景』章節裏贅述了。最後一件要說的事情是，80年代末90年代初，美國企業honeywell(霍尼韋爾)起訴minolta(美能達)關於自動對焦專利侵權——這個時期恰好是日本泡沫經濟末期，而美帝上下一股護犢情緒——總之最後美能達被美國法庭判敗訴，賠償約1.2億美圓（嗯，90年代初的「億美圓」）；財務上的危機致使了後來不少事，簡直能夠另外撰文。（有興趣的朋友亦可移步自行閱讀日文條目『ミノルタ・ハネウェル特許訴訟』）

原理與實現

---

解構主義視點來看，自動對焦其實能夠視做是手動對焦的自動化：轉動對焦環（以驅動對焦鏡片），觀察取景器，觀察到合焦則中止對焦。

而還存在另一種手動對焦方法，（使用測距儀或估算）測量出相機膠片到拍攝體的距離，而後根據鏡頭標尺旋轉對焦環。這種方法被稱做 Scale Focus (標尺對焦)，隨着黃斑對焦和單反取景相機的普及而較少使用，偶爾在人文類攝影中配合超焦距以估焦方式露面。

這兩種方法彷佛恰好能夠對應自動對焦的兩大類別，即『被動式』與『主動式』。

主動式

簡單來講，主動式的自動對焦就是拿一個測距儀，比劃着差很少畫面中心位置，測出來距離數據，傳遞給機身，機身根據標尺推着對焦鏡片到那個位置，「咔嚓」，拍下對焦成功的照片。基於這一點，『主動式』叫作『測距式』也許更爲具象一些。

Polaroid SX-70 Sonar OneStep，聲納比鏡頭還大

這樣的好處很明顯，就是機身內部用於成像的結構基本不要改，加裝一個外部附件而後進行通信而且驅動鏡片就是。因此，在自動對焦的早期，不少不少這樣的設計；好比說寶麗來的SX-70系列中的SONAR OneStep款。

測距器的具體實現不少，超聲波（聲納）、紅外線，以及最近一段，從新在手機上被翻出來用作噱頭的『激光對焦』，都是相似的。

CONTAX G，自動對焦的旁軸系統，額頭小窗戶是紅外測距用。如下說法的例外之做

至於對上沒對上，抱歉，通常機型取景器裏看不出來；想要對畫面中比較特別的點對焦，抱歉，也不太好選。這些問題，以及早期外部測距器的龐大致積，都影響了相機設計（上圖中的紅外窗測距，算是例外，小型化程度好，在20世紀末廣泛裝備於傻瓜相機上）。由於主動測距式的不足，也就有了下面的被動式。

被動式

其實仔細想來「被動」這個說法並不嚴謹，嚴格來講這叫作 TTL式。所謂TTL，就是 Through The Lens 的縮寫，字面直譯「經過鏡頭」，意譯「鏡後」；在自動對焦以前，這主要用來區分稱呼測光方式，如今則輪到了自動對焦。

以「鏡後」方式作的行爲，好處就是「所見即所得」，從消除視差，精確測光，到自動對焦，無一不是如此，而能以鏡後方式來運做的相機系統，在當時就是單鏡頭反光取景機型，即所謂「單反」。

而這鏡後被動式的自動對焦，又分做兩種實現，即『相位對焦』與『對比度對焦』。而這兩種實現，又與稍早發展起來的圖像傳感器技術有關。

相位對焦（Phase Detection Auto Focus，PDAF），可能又叫作「相位差對焦」，是將傳感器佈下「長蛇陣」，而後在這條線上捕捉經過鏡頭不一樣邊緣部分射入的光線進行檢測的方式。說的比較複雜，看圖簡單。

相位對焦，不一樣位置的狀況

這圖是我見過的訴說原理的圖片中最簡潔的，來自DP Review，作成了動圖好插入文章。這裏的傳感器即爲相位對焦傳感器，爲橫向分佈，紅線與藍線表明了鏡頭同一被攝體經過鏡頭兩端投射的光線，重合即爲合焦；而若不重合，還能夠根據具體的分佈位置，判斷焦點偏移的方向，能夠進行方便的反饋糾正。

聰明的讀者這時候也會想到，若是這一字與物體的條紋方向恰好同向，豈不是抓瞎了？爲了解決這樣的問題，就把本來的一字長蛇陣改成十字或者X字陣就能夠了；在美能達Dynax 7（也就是美能達A7）發佈的時候（約2000年），還出現了「雙十字」的說法，其實就是傳感器排布以「十」疊加「X」，可是可能叫作「米字對焦」很差聽（「雙十字」比較酷炫有沒有！）。無忌的Xitek西老當年還寫過一篇《雙十字交叉傳感器原理》，歡迎移步閱讀。

 

對比度對焦（Contrast Detection Auto Focus，CDAF），也被叫作「反差對焦」，是根據畫面中的物體的反差來判斷合焦狀況的方法。因此考慮一下，這樣的對焦是在以傳感器爲取景/成像條件下完成的。

這樣的判別方法，更接近人的判斷過程，即觀察圖片變化制定下一步的決定。然而要模擬這樣的過程，對於圖像識別、驅動算法，以及做爲支持的芯片等都有較高的要求；在民用緊湊型數碼相機剛出現的時候，這樣的對焦相比單反上發展多年的相位對焦是緩慢的；技術的發展讓對比度對焦的速度不斷提高，特別是在Micro 4/3系統推出後，隨着奧林巴斯與松下爲表明的企業努力下，對比度對焦速度甚至超過了一些單反相機。後面的『對焦速度』段落會說到。

實時取景帶來的變更

自2006年，以奧林巴斯E-330爲表明，將真正實用化的實時取景功能（Live View）引入大底傳感器機型以來，其便利性已深刻人心（特別是新晉用戶）。在新的時期，愈來愈多使用傳感器取景拍攝的狀況；但是，單反的結構（後文『跑焦』段落會說起）決定了，在擡起反光板時沒法啓用相位對焦。爲了解決這個問題，這時候的廠家們，提出了兩種方案：
1. 擡起反光板的時候，用對比度對焦；
2. 前一種太慢了，玩點別的花樣吧。

前一種的方案，能夠認爲佳能的EOS 450D爲表明，實時取景模式下，使用對比度對焦；固然，用過的人都瞭解是怎樣一種緩慢的過程。後一種，則有奧林巴斯E-330和索尼的α300/α350爲表明。

奧林巴斯的E-330，提供了兩種模式可選；A模式快速實用，能夠實現高速自動對焦

索尼α350的實時取景示意

後者的方案，在啓動實時取景時，並非將反光鏡徹底擡起，而是對光路稍做變更，將部分鏡後光線投射到一塊稍小的副傳感器上；剩下的光線，仍是去往了原來的相位傳感器上。

索尼公司在2010年更進一步，在其於該年發佈的SLT機型上，設置了固定式的半透明反光鏡，索尼稱之爲「Translucent Mirror Technology」，右上角還要帶TM角標的那種。這樣，取景和成像都使用主傳感器，只是光線的利用效率會比單反機型稍微低一些。

這部分的內容，我稍早在中文維基創建了『奧林巴斯 E-330』『半透明反光鏡』『索尼SLT機型』條目，可供參考。

混合搭配，幹活不累

本來成像用膠片，自動對焦用CCD，天然是要分開；如今成像和自動對焦都用CCD/CMOS，那麼能夠合在一塊兒嗎？

正是這樣樸素的想法，誕生了「傳感器內嵌相位對焦點」的設計。最先產出這樣傳感器的，是日本的富士膠片，其在2010年推出的機型『F300EXR』，配置了具有內嵌相位對焦點的EXR傳感器。

EXR傳感器是SuperCCD式的蜂巢排布，黃點爲對焦點

其具體實如今於，選擇片上相鄰的一對像素點(此處爲富士膠片特殊的六角形排布)，各遮蔽其上一半的感光，使其只能接受從鏡頭相對兩側進入的光線。由此，即在原理上達到了相位對焦模塊的實現。來自東芝的一段視頻簡明說明了該問題。

相位對焦與內嵌式實現

理論上的缺點在於，用做相位對焦的點不能參與成像，須要機內處理以周邊像素進行插值生成；然而在動輒上千萬像素的今天，幾個乃至幾百個像素點的損失，相比由此獲得的便利性，確實不算什麼事。

佳能公司在650D時代推出的包含內嵌相位點對焦的能力乏善可陳，爲了在這股技術浪潮中佔領高地，也於70D的世代推出了全像素雙核對焦（Dual Pixel CMOS AF），名字很複雜，其實就是在像素上佈置了兩組二極管，這樣讓像素既能夠進行對焦，也能夠進行成像。佳能本身有介紹，而「撞針」前輩也有一篇《草評Canon Dual Pixel CMOS AF》，雖自稱草評，但其中專門介紹了其中的工做原理，感興趣的朋友能夠移步閱讀。

以上述的設計，配合傳感器取景本來就使用的對比度對焦，構成了時下各類商業宣傳中常常聽到的「混合對焦」；一般的作法是，相位傳感器偵測大概的合焦位置，鏡片在該位置附近，使用對比度方式進一步檢測合焦——這樣既發揮相位差方式的高速指向性特色，又能夠得到對比度的高精度和相關的模式識別能力。富士膠片從本來自產的EXR傳感器，到如今APS-C規格的X-TransII都已配備（聽說，後者是定製版的索尼IMX071）；而尼康、索尼、佳能、松下等廠商也都在其無反產品中加入了「混合對焦」的行列。

固然，混合對焦早期也能夠指早期主動與被動方案的協同，這裏篇幅限制，並未進行介紹。

相關概念

---

原理說完，講講自動對焦的一些相關概念。

對焦速度

如下幾樣東西影響着對焦速度：
1. 對焦方式與具體執行方法
2. 靈敏度（傳感器）
3. 馬達（執行器）
4. 鏡片安排

對焦方式與算法，對焦方式的選擇，會對自動對焦的速度產生影響。相位式方案中，單一狀態的傳感器數值已經能夠判斷去往合焦須要的方向，而對比度對焦則要經過「嘗試-觀察（並分析）-再嘗試」的方法來得到，受到傳感器靈敏度因素的制約較大。

插入來講說靈敏度，尼康公司會對本身的相位對焦傳感器取名（Multi-CAM系列），而且在一段時間後將本來高階的對焦模塊「下放」到本來較低定位的新機型上，這一舉措被粉絲們稱爲厚道；而另一方面，其餘公司彷佛並不喜歡這種命名行爲，自動對焦的模塊升級相對顯得不可知，但幾乎也遵循新技術必然有提高的節奏。

尼康的高端模塊，Multi-Cam 3500FX，51區

自動對焦單反發展的早期曾有一種說法，即開放光圈小於F5.6的鏡頭沒法實現自動對焦，其實也與傳感器的靈敏度有關；而做爲例外，極限多是美能達的500R鏡頭，恆定的F8光圈仍然能夠在機身的合理設計下實現自動對焦（僅中心點，詳見條目『美能達500R』）。

而對比度對焦的算法影響較大。筆者去年曾經寫過一篇關於佳能無反EOS M的介紹，不想引發了意外吐槽。人稱「茼蒿」（@不辣的瑪荔）的玩家，還在國內時，曾經對初代機型進行過深刻分析，據其說，EOS M上的對比度對焦算法如X通常——說這話時滿心憤恨堪比吃了一臺EOS M通常。

日經BP說起該第一版機型的對焦算法時說『EOS M的AF不是單純的「慢」，而是讓人「以爲慢」』。佳能過後也放出了一版升級固件，2.0.2，有用戶對比發現速度加快(Youtube視頻爲證)。以上這些只是想說明硬件條件不變，合理化的算法能夠加快對比度對焦的速度。

若是能夠掌握更多資源，對比度對焦能夠作到何種程度？佳能公司在2012年的EOS M屬於反面例子，而同一年奧林巴斯公司發佈的旗艦機型OM-D E-M5，則是純對比度對焦，卻達到了很是高的速度。該公司在E-P3世代開始配置了稱做『FAST AF』功能，全稱爲Frequency Acceleration Sensor Technology，工做機理在於以120FPS的刷新率分析圖像，配合專用的圖像處理芯片，鏡片對焦移動過程當中在圖像上的變化變得很是敏銳，結合後文說的技術而達到了高速自動對焦。在其誕生多年後的2014年，松下的DFD（Depth From Defocus，空間認識技術）與相似的索尼4D Focus才以更進一步的識別能力而推動算法發展。

索尼4D對焦展現

馬達，鏡頭或者機身上的馬達，雖然個頭不大，卻要驅動着鏡片的運動，它們是否夠強力每每決定了機身或者鏡頭的能力，也影響了市場中的定位。

在自動對焦系統開發之初，如美能達的系統，選擇由機身提供動力推進鏡頭的方案，由於能夠單機身多鏡頭複用這一系統，顯得成本較爲低廉；可是相比稍遲推出的，如佳能EOS系統所選擇的，將馬達置於鏡頭的作法，（以如今的眼光來看）有諸多不足。除了商業定位上的考慮，後者驅動力與小型化能夠隨時代而發展，而前者傳動鏈長的劣勢卻一直存在。尼康、索尼和賓得公司也在單反領域從後者向前者進行轉型；而無反系統則清一色地於一開始便採用的鏡頭配置馬達的佈局。

目前普遍應用在鏡頭中的馬達，主要有超聲波馬達與步進式馬達（步進電機）。

超聲波馬達是利用壓電效應，也就是電能與機械能互換的效應而開發的一類微型化馬達，有意思的是，它的第一個商業應用和最普遍應用就是出如今自動對焦領域。幾乎全部相機廠家都有本身的超聲波馬達技術，而且都取了複雜的商用名稱，而後又以爲麻煩而使用三個字母做爲縮寫（約好的通常，竟然都是三個字母），十分有趣。

而步進電機在實時取景得到普及後，也獲得了重視，這與對比度對焦的方式以及步進電機的工做方式有關。

佳能EF-M 22mm F2 STM鏡頭機械結構圖

對比度對焦不斷重複『分析採樣-驅動-再分析-再採樣』的過程，必然會跨越對比度峯值而進行對焦鏡片的迴歸；步進式馬達由於能夠無需其餘設備而得到本身的形態信息，因此在迴歸這一過程能夠實現得較爲迅速。佳能公司曾經很是推崇USM超聲波馬達，而且在高階鏡頭中大規模裝配，粉絲也對此趨之若鶩；然而在實時取景與視頻大規模應用下，也不得不妥協，近年來不少裝配STM馬達的鏡頭問世，其實質就是步進式電機。

 

仍是佳能EF-M 22mm F2 STM鏡頭，對焦鏡片由螺桿機構推進

關於步進電機的認識，我最先來自於中學時候玩機器人的經歷。機器人的組裝須要各式各樣的執行器，普通的馬達能夠說是「忘我衝鋒」，而後由其餘傳感器控制它的工做條件（啓/停）；步進馬達比較複雜，須要賦值來爲形態作出一個定義，在組裝機械手的時候，使用這樣的馬達能夠不須要位置傳感器來得到現有狀態數據，直接讀取變量值便可，印象頗爲深入。我認識一位朋友，江湖人稱「哥哥」，他有一句口頭禪，『咱們來聊聊步進電機吧』，對此的癡狂可見一斑。鑑於步進電機的光明將來，在此我也不怕跑題，斷言此人往後必成大器。

對焦鏡片的組織

一顆鏡頭，能夠使用總體鏡組移動的方式來對焦，也能夠設計其中一枚或幾枚鏡片移動而實現對焦；爲了便利性，平常大多數鏡頭都是後者的方式。

下圖的RZ67即爲移動鏡頭總體進行對焦的例子。

Mamiya RZ67

歷史上曾有那麼惟一的一款 CONTAX AX ，利用了前述這一點，雖然安裝的是Y/C口的手動對焦鏡頭，可是經過機身內移動膠片平面（相對來講，就是移動鏡頭位置），來實現自動對焦。固然，這樣的對焦速度並不高，倒是那個時代不得了的創舉。

CONTAX AX，讓手動的YC口鏡頭也能夠自動對焦

（以致於如今一直有聲音說，大法應該用傳感器先後抽插對焦來讓旁軸老鏡頭們「自動化」……姨夫一直沒有表態）

拋開這枚奇葩不說，鏡組中，負責對焦鏡片的組織安排也影響對焦速度。曾經有一個說法，講徠卡的鏡頭都是較爲厚重的玻璃材質而非日廠愛用的樹脂鏡片，若是由自動對焦的微型化馬達推進起來，『不如手動』。且不說徠卡是否由此放棄了多年的夢想（『背景』說了，徠卡是最先想搞事的），單論鏡片的重量，確實會影響對焦速度。癮科技曾經測試過FE 35mm F1.4鏡頭，在其餘鏡頭對焦速度差距明顯的A7R與A7S兩臺機身上，該鏡頭均表現緩慢，撰文小編傾向認爲是鏡片重量影響。

做爲一個極端例子，適馬曾經在2008年推出過一款怪獸級產品，200-500mm F2.8，該鏡頭須要內置電池，否則由卡口端提供的電力不足以推進該鏡頭對焦。

一些廠商在鏡頭設計中，特別是一些大型鏡頭中注重對焦鏡片的輕量化設計，例如奧林巴斯的M.Zuiko 40-150mm F2.8，對焦由兩枚輕型鏡片聯合控制，使用VCM馬達推進，這樣本來由一枚鏡片行走的距離，合理地分散到兩枚鏡片同時完成。Youtube上有廠家的介紹視頻，或可窺一斑。

輔助對焦燈

無論主動或者被動，相位或者反差，總會發生對焦對不上的狀況，這通常是如下狀況：
1. 照度過低    -  就是幾乎無光的環境
2. 無圖案純色    -  好比無雲藍天，好比白牆
3. 低識別度遠景    -  好比霧氣籠罩的湖面

因此輔助對焦，從這幾處下手便可。例如各廠閃光燈上的設計，由於這樣光線暗淡的狀況會使用閃光燈，或者反過來講也可，即——使用閃光燈的時候很多都是本來光線並不太強烈的時候；很天然地，廠家們也在本身的閃光燈上配置了輔助對焦燈（Assist lamp或AF illuminator）。

一般是一塊紅色的塑料片，後面隱藏着LED，能夠打出具備紋樣的圖案。缺乏對比度和照度的被攝體由此能夠被精確對焦。

紋樣，來自下圖的美能達閃光燈

德語維基用戶Montauk的設備

固然，這種方式並非萬能的，對於遠景的藍天和霧氣，以及夜晚的星空，現實中仍是切換手動方式對焦比較快捷。不過已經夠好了，不是麼？

中低檔的機身每每不帶專門的輔助燈，可是也有辦法，就是用內置閃光燈以低照度閃爍照亮，幫助AF傳感器找準。而高檔的機身每每會帶有一個輔助對焦燈，可是彼此差異大了。好比尼康和索尼（不，並非要黑，只是第一反應想到，對比也要按照基本法），請看圖。

尼康D90，風靡且長盛的機型；紅褲衩右上那個就是輔助燈

尼康的D90大概頗具表明性，圖中在手柄與卡口中那個反射着白色光芒的就是輔助燈。這個燈其實就是一個LED，亮起來僅做照明用途，若是拿來拍攝人像，每每會晃得睜不開眼。

索尼α700，幾乎相同位置，紅色塑料塊遮蔽的就是輔助燈

索尼的α700，其實更像是柯尼卡美能達α7 Digital的索尼版續做，其上的對焦輔助燈，則與原廠閃光燈上一致，向外投射紅色斑紋，即使是白牆也能夠對焦。（圖片來源）

這種細節很容易被忽視，可是潛移默化地改變了用戶的使用靈活度。只是通常用戶不會有多臺機器對比，而一些媒體的快餐化評測每每也不會重視到其中差別。

這種方法成本至關低廉，而又能夠有效提高必定條件下的自動對焦能力。讓我想起一句話「若是你沒做弊，說明你還沒用盡全力」。然而並非這樣的手法就必定適用，街拍和人文攝影中爲了避免打擾被攝人，攝影師可能會選擇關閉該功能。

富士S9600對焦輔助燈，綠色的圖案

 

跑焦

跑焦是一種常見狀況，特別是你混用多廠牌機身與鏡頭時，案發在單反類機身上較爲多見。

這要從單反的構造提及。

奧林巴斯E-3側剖，反光鏡箱奧妙多

仍是來自維基媒體的圖，是奧林巴斯E-3的側剖，可說是末代單反的常見構造。反光鏡並非單一的一枚鏡片，而是由「人」字狀的主反光鏡和副反光鏡（Sub Mirror）構成。

主反光鏡也與單反初現世時大爲不一樣，初代的手動對焦單反，所有光線反射到取景器總成中便可；後來出現的TTL鏡後測光功能，須要進行分光，佳能爲表明的廠家提出了固定式半透明反光鏡設計（Pellix，1965），隨後這樣的設計反過來影響了可動反光鏡設計，如今的反光鏡皆爲半透明材質構成。這段內容能夠參考『半透明反光鏡』。

單反相機取景時反光鏡天然放下，鏡後的光線部分經過反光鏡的反射，向上經過對焦屏進入光學取景器總成；現時的對焦屏，也比手動時代複雜，不只有可換的類型，還經過液晶在其上刻畫了對焦點的模樣，你激活的對焦點還能夠於取景器內亮起提示。因此一些現代的單反，你取下電池時，再看取景器，會變得昏暗不堪，也是因爲這其中不通電的液晶下降通光率所致。

光線照射在主反光鏡上，除了反射到取景器，還有剩下一部分光線透射過，於副反光鏡上發射到反光鏡箱下部的傳感器模塊。以爲實物圖複雜的讀者不要怕，我從佳能的公開資料那邊改了一張圖過來。

簡化的單反構成圖

在理論設計的時候，鏡後光線到膠片/傳感器平面的光程，與到自動對焦傳感器的光程應當一致。這樣在自動對焦傳感器上合焦，也意味着擡起反光鏡拍攝也爲合焦。而實際的生產裝配過程當中，卻很難保證這兩個項目一致，這就形成了跑焦偏移。

如何解決呢？這就要說可編程的好了。廠家在出廠時進行檢測，對於偏移量在必定範圍內的狀況，將偏移量記錄下來，以一種固件化的形式寫入機身，在不一樣鏡頭的使用過程當中，對馬達的推進進行必定的補償操做。僅僅對於偏移特別大的機器進行個別的機械重校訂，這樣下降了大規模生產的成本。

這其實也解釋了，爲何在一些自動對焦設計的機身上，使用手動對焦，明明在取景器中看着合焦，釋放快門卻仍是獲得跑焦的照片。還有另一個小故事，筆者大學時有一位好友人稱「安妮大炮」，收過一臺價格極低的問題單反，索尼的α100。這臺機器的自動對焦功能都是正常可靠的，惟有取景器模糊；自行拆開並從新安裝對焦屏後，無缺如新。對照上述結構圖，這也說明取景與AF必定程度的無關性。

隨着日復一日的使用，可能會形成反光鏡的移位，而引入新的偏移；廠家近年來也在一些中高階機型中，開啓了對焦微調功能，用戶能夠藉此本身調校鏡頭補償。一些玩家也經過特別的渠道，從維修人員那裏獲得了廠家的工具，對固件化的誤差數值進行修改，這裏有個D90的例子已經失效。

而若是使用副廠鏡頭，可能在讀取該偏移補償量時產生問題，也就形成了老是不合焦的狀況，特別是具有大光圈的鏡頭，這樣的問題尤爲明顯。適馬公司（SIGMA）爲此背了多年的鍋——以至於，長期以來，適馬都提供了一項服務，即用戶將搭配起來有跑焦問題的機身與適馬鏡頭寄回客戶服務中心，就能夠由工程師進行校訂並寄回。然而這樣的服務仍然有麻煩，好比用戶的機身升級和往來的耗時；終於有一天，適馬痛定思痛，「不能再這麼活」——推出了適配本身鏡頭的調焦座，用戶能夠經過接上電腦的USB口，利用軟件『SIGMA Optimization Pro』自行對鏡頭進行調校。

使用數據線鏈接電腦的SIGMA USB DOCK

因此，從原理上來講，跑焦的數碼單反若是能夠使用擡起反光板的實時取景方式對焦，也能夠作到精確對焦。而新一代的內嵌相位點的傳感器，由於AF檢測原生就在傳感器平面上，也從理論上消除了跑焦的可能。

分支

---

自動對焦興起，成爲了避免可阻擋的一股勢頭，不能否認今天還有一些系統保持着手動對焦而且具有獨特魅力，卻並不影響關於自動對焦愈來愈多的討論造。

陷阱對焦

陷阱對焦（Trap Focus、Focus Trap或catch-in-focus）說的是在機身設定好對焦距離，當檢測到有物體進入該焦點平面時，自動釋放快門捕捉畫面的拍攝方式。特定的場合，如運動或者野生動物、寵物攝影能夠用得上。如今賓得的機器功能多，通常會有；還有諸如佳能機的魔燈固件也有提供。

峯值對焦

峯值對焦（Focus Peak）不是完整的自動對焦技術，是在傳感器實時取景基礎上，進行邊緣檢測，而且在屏幕或電子取景器上描繪斑紋（Zebra）來展示物體對比度；用戶根據這些提示，進行合焦判斷並釋放快門。

簡單來講，本來的對比度自動對焦過程，由人來作最終合焦判斷。該技術僅在傳感器實時取景下實現。這類技術對於轉接手動老鏡頭的用戶較爲合適。可是在大逆光、高對比環境下也會有邊緣檢測失效的狀況。

峯值對焦功能最先在2011年，於索尼的NEX機身上經過固件升級方式提供。以後幾乎各大廠家的無反機型都紛紛效仿；2012年初發布的E-M5機型雖然有快速的自動對焦，但由於沒有配置峯值對焦功能而受到部分用戶批評（固然，聰明的用戶們後來發展出了線框小技巧）。

數碼裂像

裂像（Split Image focus）是一種在手動對焦時代經常使用的輔助手段，在反射鏡系統上安裝裂像對焦屏便可實現（也有同原理可是對焦區規格不一樣的，稱做「微棱」的對焦屏）。而數碼裂像則是在傳感器內嵌相位點的基礎上，以可視化實現裂像對焦這一過程。該功能最先在2013年，於富士的X100S型機身上提供。Fujifilm UK曾提供視頻說明。

面部對焦

面部優先對焦實際上是一種模式識別（Pattern recognition），在傳感器取景條件下，對採得的畫面經過面部識別（Face perception）進行對焦。一些廠家的機器還更進一步，能夠登記機主與家人的面孔，在茫茫人海中優先對上；以及還有一些針對肖像攝影羣體的功能，識別人臉上眼睛的位置，對眼睛精確合焦；如索尼，奧林巴斯的新機型，均有該功能。

個人E-P5，還能夠選擇找哪一隻眼睛哦

 

眼控對焦

眼控對焦（Eye-controlled focusing, ECF），是一種曾經出如今佳能EOS系列膠片單反上的技術。其實並不關自動對焦什麼事，它的本質是在取景器內安裝了眼球追蹤裝置，偵測使用者的眼球注視位置，啓動畫面中最接近區域的對焦點。

佳能 EOS 3，正臉角上標註 EYE CONTROL

這樣的操做設計自覺性比較強，可是沒有密集的對焦點排布支持仍是會不夠精確。今日的對比度對焦或者雙模式混合對焦均可以實現更大的覆蓋自由度。佳能公司在數碼時代，也並無復刻該功能；固然，當年誰又會想到，如今能夠簡簡單單經過觸摸屏的操做來選擇幾乎無限的對焦點呢？

未能自動對焦的那些鏡頭

---

這是寫完本篇以後，朋友們一同討論提及的話題（不多或者沒有自動對焦的鏡頭類型）。之前沒有想過或者想明白的，彷佛都有了一些道理，在此列出，共同探討。

超微距鏡頭

放大率實現1:1的鏡頭被稱做微距鏡頭，若是能夠實現更大的放大率（Magnification，像與物體的比），通常叫作超微距鏡頭。這類鏡頭用於拍攝的題材特殊，若是說普通的微距鏡頭可能還涉及普通的靜物乃至人像，最多作作底片翻拍，那超微距可能可能是用於各種標本的重現；天然其使用環境相對也比較嚴苛，多爲室內案臺明亮的環境。進行這類拍攝時，景深極淺，每每一張不夠，須要屢次拍攝，後期進行景深合成（或稱焦點疊加，Focus Stacking）。綜上，單純的自動對焦彷佛麻煩並且意義不大，並且超微距時的小光圈也不足以支持相位對焦。

景深合成的例子

然而美能達曾經作過1x~3x的自動對焦超微距鏡頭，也算是業界奇葩；佳能公司生產的MP-E 65mm具有更大的1x~5x放大能力，雖沒有自動對焦能力，也是世所罕有的明珠級鏡頭。

MP-E 65mm 1-5x Macro

 

移軸鏡頭

移軸鏡頭的英文原名實際上是 Perspective Control Lens ，即透視控制鏡頭，移軸只是具體的操做名稱。這類操做其實很早在更大幅面的View Camera上出現，有長長的皮腔能夠任意搖擺移動鏡頭而控制透視與焦點；而這類功能的專屬鏡頭則是在135上發展興盛的。

而移軸鏡頭直接的英文名，shift lens，也是一個過往的名稱，由於如今的移軸鏡頭其實都會具有『移軸』（shift）和『搖擺』（tilt）兩種功能，而合稱 tilt-shift lenses。

佳能的17mm移軸鏡頭

移軸功能應該並不影響成像平面與感光平面的關係，出問題的應該是搖擺功能，一旦搖擺起來，系統沒法精確判斷用戶想要的合焦點是什麼，而沒法檢測（無標準，不檢測）；考慮到用這類鏡頭的都是高杆玩家，人數也並很少，彷佛也不必作上自動對焦功能？

21世紀初，忽然興盛Tilt-shift Miniature Faking的玩法，須要利用移軸鏡頭

折返鏡頭

折返鏡頭（Catadioptric Lens）實際上是由天文觀測中使用的望遠鏡設計演變而來，經過利用鏡身屢次反射，能夠在緊湊體積內實現長焦乃至超長焦的焦距。並且因爲構造的緣由，焦外的光點還會呈現出圈圈狀的形態，被一些玩家暱稱爲「甜甜圈」。

這類鏡頭由於照顧體積，每每光圈都不大。常見F5.六、F8甚至F11，以這樣的通光量，應該也是很難驅動相位傳感器的。不過前文其實提過，美能達的500mm Reflex F8即實現了自動對焦，另外美能達本身Vectis系統（APS系統）上的400mm F8也一樣能夠自動對焦。

對摺返鏡頭有興趣的朋友還能夠移步閱讀無忌網友「babycashew」的《我所收藏的上百個折返鏡頭----兼一些不嚴謹的對比》。

STF焦外控制鏡頭

MinoltaAF系統裏有一枚例外，雖說美能達把超微距以及折返都作成了自動對焦，可是STF 135mm鏡頭卻竟然只能手動對焦（詳見條目『美能達STF135』）。

美能達 STF 135mm F2.5[T4.5]鏡頭

推敲了一下，僅僅只是我的猜想：APD元件是中心透、四邊暗的構造，而相位對焦恰好須要的就是從離開中心的側邊來的光線，這樣的條件極可能沒法驅動，或者說即使驅動，也很難快速工做。

2014年，富士公司推出了一枚具有APD元件的56mm F1.2鏡頭，就能夠在本身混合對焦的X系統上工做，或許就是得益於對比度對焦的幫助？開發採訪在此。

富士XF 56mm F1.2的APD元件，單片染色構成

不曉得新時代的混合對焦環境下，會不會反過來推進前述幾類鏡頭有更好的表現？

其餘的話

---

自動對焦是涉及學科至關普遍的系統性問題，雖說本篇介紹看上去很簡單（我盡力了），可是實際組建起來，會發現不少『小問題都是大問題』的狀況。

我國一直沒有自主的可換鏡頭自動對焦系統。爲人津津樂道的國產雙鳥，鳳凰和海鷗，很長時間內知足於引進的PK與MD兼容生產線；老師傅們不可謂技藝不精，卻在自動對焦席捲大潮中消逝了曾經的輝煌。這樣的例子也在一些日本廠家身上發生，並不是個例。

到了數碼時代，國內也出現了『愛國者打造數碼單反』的傳聞，一時間熱熱鬧鬧，最後不了了之。反卻是數碼無反橫行的2014和2015年，有了消息，永諾製做了佳能口的自動對焦鏡頭，大疆作出了MFT規格的自動對焦視頻機。雖說細究起來並非徹底自主的技術，但技術發展與交流環境的變遷，也可見一斑。